考虑有限距光学系统的成像质量与系统垂轴放大率相关, 本文提出了基于系统波像差检测的垂轴放大率测量方案。以给定的光学系统中像平面位置与物平面位置满足高斯公式和牛顿公式的原理为出发点, 通过系统波像差中离焦量的变化监控物点移动微小量后像点的移动距离。然后, 对牛顿公式或高斯公式微分导出轴向放大率, 最终求出系统垂轴放大率。建立了垂轴放大率测量模型, 给出物点的微小位移量和初始离焦量的选取标准, 并系统地分析了光学元件形位公差和像点定位精度对垂轴放大率测量结果的影响。搭建了基于点衍射干涉仪的微缩投影系统波像差检测平台, 测量了系统的垂轴放大率。 实验显示, 系统垂轴放大率的测量值与理论值的偏差优于0.24%, 验证了提出的垂轴放大率测量方法的可行性和理论分析的准确性。

为了测量光学元件多层膜膜厚均匀性指标，基于面形检测对多层膜均匀性测量方法进行了研究。分析了均匀性的测量过程以及影响因素，评估了元件面形检测复现性对测量结果的影响，建立了多层膜结构的有限元模型，计算分析膜层内应力对基底面形带来的影响。基于高复现性面形检测装置进行了测量方法的实验验证工作，实验结果表明：元件面形测量口径范围内膜厚分布均匀性优于0.1 nm[均方根(RMS)值]；将测试结果转化为沿径向的轮廓分布结果，与基于反射率计的膜厚检测数据进行了对比，表明两种方法测试数据基本吻合，验证了基于面形检测方法评估光学元件多层膜均匀性的可行性。

研制点衍射干涉仪时,小孔的形貌和装调误差会对衍射波前质量产生影响,故本文研究了采用相位复原对小孔衍射波前质量进行测评的方法。设计并搭建了衍射波前测试装置,对光纤衍射波前进行了测评实验。为了验证测试方法的有效性,分别对采集的衍射图像与重构的衍射图像,以及测试获得的振幅分布与理论计算获得的振幅分布进行了对比。结果显示。采集图像与重构图像之间的差异为0.32%,验证了采用相位复原技术进行衍射波前测试方法的有效性。同时,对干涉方法测量与相位复原结果进行了对比,二者差异仅为0.001 4λ RMS。

为了解决主次镜结构的微缩投影系统在计算机辅助装调过程中的补偿器耦合问题，实现补偿器的合理筛选，介绍了一种基于光学系统敏感矩阵奇异值分解的计算机辅助装调算法。建立了微缩投影系统装调模型，针对算法和模型开展了计算机辅助装调实验。用光学软件CODE V建立了光学系统模型，采用零位补偿器检测获得了非球面元件面形；基于灵敏度矩阵的分析结果指导微缩投影系统优化，并将优化后的结构参数作为系统光机结构机械装配和定位的基准。新建立的系统装调模型更接近实际装调过程，能更有效地指导装调，解决了补偿器间的耦合问题，加快了装调过程的收敛。最后，基于自行研发的高精度干涉仪完成了计算机辅助装调实验。 实验显示系统波像差由46.39 nmRMS收敛至20.73 nmRMS，验证了装调算法和模型的准确性。

针对望远镜副镜姿态和焦距自动调整的需求, 设计了副镜三自由度并联支撑机构构型, 分析了它们的运动学特性并讨论了构型的选取。首先, 基于约束螺旋理论, 设计了对称三支链两转一移并联机构的构型; 根据副镜支撑运动副尽可能少、低惯性、直线驱动等要求, 选取了12种可行构型。然后, 针对12种可行构型, 根据驱动输入特点和支链约束特性, 提出分类建模思想, 并建立了统一运动学模型; 引入ZXZ欧拉角法描述机构姿态, 简化了姿态空间和伴随运动的表达和分析方式。最后, 以1.2 m口径望远镜系统为例, 仿真研究了副镜并联支撑机构的伴随运动。结果表明, 支链约束力线矢平行静平台的7种构型具有更小的伴随运动, 不大于0.27 mm。该项研究为后续的精度和刚度特性研究提供了基础。

为了评价高精度光学元件支撑装置的面形复现性指标，进行了分析计算和实验验证。在ANSYS有限元分析软件中建立了元件支撑的物理模型，进行了支撑结构的残余应力分析以及元件面形对干扰载荷的灵敏度分析，据此计算得到了支撑结构面形复现性均方根(RMS)误差。分析结果表明，基于目前结构设计和装配精度，元件支撑装置设计的面形复现性RMS优于0.14 nm。基于高重复性干涉检测装置构建了复现性测量平台，测量结果表明支撑装置面形复现性RMS优于0.18 nm。复现性检测实验结果和仿真结果能较好吻合，所得结果满足高复现性元件支撑技术的要求。

为提高面形检测的复现性，研制了一套检测支撑装置，配合高重复性干涉仪实现高复现性的面形检测，对该装置的复现性效果进行了仿真计算和实验验证。利用ANSYS软件仿真分析确定了各向干扰力对面形的影响，同时推导确定不同支撑方案所能实现的复现性。仿真分析结果表明，检测支撑方案最高能够实现均方根(RMS)误差优于30 pm的面形复现性结果。确定了最终检测支撑装置的结构形式，并在高重复性干涉仪上进行了面形复现性测试，测试结果表明，由检测支撑装置引起的面形复现性指标RMS优于70 pm，满足RMS为0.1 nm的复现性设计指标要求。

干涉测量的面形重复精度一定程度上依赖于测量框架结构的稳定性，从测量框架高稳定性的使用要求出发，对测量框架的机械结构进行了设计。在此基础上针对检测框架在随机振动下的稳定性问题，建立了检测框架的有限元模型，以实际测量的随机振动速度功率谱密度(PSD)为激励，运用ANSYS有限元分析软件中的随机振动分析模块，对该结构的随机振动响应进行了分析计算。通过分析计算得出测量框架在随机振动下的稳定性为0.5144 nm，实验测量出5 s内的稳定性为0.653 nm，二者基本吻合。分析表明，测量框架的结构设计以及振动环境满足稳定性的指标要求。

本文报道了输出平均功率为64W、重复频率4Hz的磷酸盐钕玻璃板条激光器的设计和运转特性。

用一个二维光线追迹程序,计算了三角形聚光器各几何参数对聚光效率及均匀性的影响,给出了适用于固体板条激光介质均匀面照明的结构参数。计算结果与实验基本一致。