为了在地面制造环境下实现大口径空间非球面反射镜的零重力面形加工, 建立了基于重力卸载的高精度旋转检测工艺方法。首先对N次等间隔旋转法的基本原理进行了介绍, 并结合一块Ф1 290 mm ULE材料的非球面反射镜加工实例, 分别给出了旋转法实施环节中的旋转角度和偏心误差控制方法, 实际角度误差和偏心误差分别优于0.1°和0.1 mm。然后, 在低精度阶段采用了3次旋转法对检测结果进行处理, 主镜面形精度快速收敛至0.029λ-RMS; 同时由于应用旋转法而导致镜面上的对称性误差累积放大, 进行了针对性去除, 面形精度进一步收敛至0.023λ-RMS。最后, 采用了6次旋转法对检测结果进行处理并指导光学加工, 反射镜6个方向下的实测面形精度为0.012λ-RMS, 去除重力变形误差后面形精度达到了0.010λ-RMS, 该面形可以认为是卫星入轨后零重力空间环境下的反射镜面形。文中所述加工工艺方法不仅适用于米级口径, 还适用于更大口径空间非球面反射镜零重力面形的高精度加工。

为了满足空间同轴三反相机对大口径凸非球面高精度的面形质量和精确的几何参数控制要求, 提出以计算机控制确定性研抛工艺为核心的多工序组合加工及检测技术。在加工阶段, 首先利用超声振动磨削技术对非球面进行面形铣磨, 其次应用机器人对非球面面形进行快速研磨和粗抛, 最后采用离子束修形技术实现非球面的高精度加工; 在检测阶段, 首先利用三坐标测量机对铣磨和研磨过程中非球面的面形及几何参数进行控制, 进入干涉仪测量范围后, 再采用Hindle球法对非球面光学参数进行干涉检测。结合工程实例, 对一口径520 mm的凸双曲面次镜进行了加工及检测, 其面形精度RMS为0.015λ(λ=632.8 nm), 几何参数控制精度ΔR误差为0.1 mm、ΔK优于0.1%, 满足光学设计技术指标要求。

介绍了Ф420 mm熔石英高次非球面透镜的加工与检测方法。对现有数控加工工艺进行了优化, 通过分工序加工方式, 依次采用机器人研磨、抛光和离子束修形技术完成了透镜的加工。进行非球面透镜检测时, 考虑透镜的凹面为球面, 利用球面波干涉仪对其面形进行了直接检测, 剔除干涉仪标准镜镜头参考面误差后, 透镜凹面的精度达到0.011λ-RMS; 针对透镜的凸面为高次非球面, 采用基于背后反射自准法的零位补偿技术对其进行面形检测, 其精度达到0.013λ-RMS。最后, 采用一块高精度标准球面镜对加工后透镜的透射波前进行了自消球差检测, 得到其波前误差为0.013λ-RMS。试验结果表明, 非球面透镜各项技术指标均满足设计要求。所述工艺方法亦适用于更大口径的非球面透镜及其他类型非球面光学元件的高精度加工.

为了简化LD光场准直柱面透镜繁琐的理论设计过程，便于进行实际操作，利用Matlab计算建模的方法，计算理想准直柱面透镜上的各个离散点的坐标值，通过拟合或二次曲面方程逼近的方法来获得准直柱面透镜的面型参数。分析表明，二次曲面柱面透镜非常适合做半导体激光器的准直透镜，可以根据具体需要来选择相应的面型。相比于其他方法，该方法简单直观，易于设计和加工，参数的优化调整迅速，可以根据加工工艺的难易程度来选择合理的透镜参数。

介绍了掠入射X射线散射法(GXRS法)测量超光滑表面的原理及基于商业用X射线衍射仪改造而成的实验装置。以3片不同粗糙度的硅片作为实验样品，分别应用一级矢量微扰理论和改进的Harvey-Shack理论对其散射分布进行处理，所得结果与原子力显微镜测量结果基本相符。分析了探测器接收狭缝的宽度和入射光发散度对实验结果的影响，随着探测器接收狭缝宽度和入射光发散度的减小，测量误差呈指数迅速减小。在所测量的空间频率范围内，功率谱密度（PSD）函数的误差随频率的增加而减小。

在分析软磨料砂轮化学机械磨削(CMG)技术的基础上, 开发研制了主料分别为 Fe2O3和 MgO的杯型软磨料砂轮。利用开发的两种软磨料砂轮对 Ф150 mm的单晶硅光学表面进行纳米级精度的对比磨削加工, 优选出最佳磨削参数, 将 CMG的结果与金刚石砂轮磨削结果、化学机械抛光(CMP)结果进行对比研究, 并对加工后工件的表面与亚表面损伤进行检测分析。结果表明, MgO软磨料砂轮具有十分稳定的磨削性能, 能够获得较好的形状精度和表面亚表面质量, 采用三维表面轮廓仪和原子力显微镜测量 CMG后的工件表面分别得到 0.568 nm RMS和0.554 nm Rq的表面粗糙度, 达到了 CMP的加工效果, 角度抛光法显示 CMG后的工件亚表面损伤深度接近 0。