针对成像光学系统的波像差检测，提出了相对波像差梯度偏离值评价方法，用于直接表征波前的成像性能。给出了波像差梯度偏离值的定义，即为波前成像点与成像能量中心的偏离值。在此基础上定义相对波像差梯度偏离值为波像差梯度偏离值与艾里斑大小的比值， 并提出了相对波像差梯度偏离值评价方法。相对波像差梯度偏离值与波前口径、形状、焦距均无关，故文中提出用成像尺寸、成像集中度以及成像能量分布等多种方法进行相对波像差梯度偏离值评价。其中成像集中度和成像能量分布在不同的检测分辨率条件下的稳定性较好，分辨率每相差一倍产生的差异通常小于10%。根据出瞳位置的相对波像差梯度偏离值分布和像面位置的波像差梯度分布情况，可以方便地指导光学加工和系统装调。进行了相应的实验分析， 结果显示：相对波像差梯度偏离值评价方法可以用于制定波像差指标，进行波前质量控制。

为了提高线偏振相移干涉检测的精度，分析了参考光和测试光的偏振方向正交性对该项检测技术的影响。分析了线偏振相移干涉的原理，提出偏振非正交引起的检测误差与波像差有关，且检测误差峰谷值与测试光和参考光振幅之比以及偏振非正交量成正比。讨论了偏振非正交产生的原因，认为测试光在被检元件表面的折射或者反射都有可能引起偏振非正交。针对不同被检元件，给出了减少偏振非正交的几种方法，包括合理镀膜、选择合理入射角偏振方向等。通过Skip-Flat检测对理论分析进行了验证。结果显示，对于入射角为45°的检测光路，偏振正交性引入的检测误差呈现与条纹一致的分布，峰谷值为0.174 1λ，这与理论分析相吻合。文章指出，进行偏振相移干涉检测时，需要针对不同的被检元件进行分析，以确保偏振非正交产生的检测误差能够满足技术要求。

针对表面改性SiC基底反射镜在空间光学系统中的应用, 总结了该类反射镜在国内外的研究现状。概括了碳化硅基底反射镜的发展趋势。介绍了常用的碳化硅材料, 分析了它们的性质。给出了几种常用的碳化硅镜坯制备工艺, 包括成型、改性和不同的抛光技术。通过对国内现有加工工艺和改性技术的分析, 总结出了适应我国的表面改性碳化硅反射镜加工的发展方向。

偏振相移干涉中标准镜头及其他元件的应力双折射会产生检测误差.利用琼斯矩阵对偏振相移原理进行误差分析，发现应力双折射会引起CCD上产生8个相干光干涉，检测误差与CCD像面上的测试光和参考光的振幅之比、检测腔的相位、应力双折射的大小和方向等因素有关.检测误差在每1根干涉条纹中会出现2次周期性变化，误差的峰谷值最大可以达到应力双折射的4倍.当应力双折射的方向具有一致性时可以减小检测误差，当方向完全一致时，检测误差完全消除.通过对一个12英寸的材料进行分析发现，边缘处4英寸材料的应力双折射中心处为18 nm，产生的检测误差峰谷值为72 nm；边缘处材料的应力双折射为22 nm，方向具有更好的一致性，产生的检测误差峰谷值为24.9 nm.

为获得高表面质量的PVD改性RB-SiC反射镜，解决实际加工中出现的表面缺陷问题，对缺陷的形成机理及处理方法进行了研究。根据Preston假设设计相关试验，推测表面缺陷是由于PVD改性层中的大颗粒结晶受到较大冲击，从而使大颗粒结晶剥落而非对其产生磨削作用而产生的。试验表明: 过高的抛光速度或过高的抛光压力会造成改性层表面缺陷的产生，调整抛光的相对速度及抛光压力等关键工艺参数，可在保持抛光效率的同时有效减少和避免表面缺陷问题的产生。经试验验证，当表面缺陷产生后，通过选择适当的相对速度和抛光压强，改性层去除0.7 μm～1 μm后，可有效修复缺陷，并且无新的表面缺陷产生。

瑞奇-康芒法是大口径平面元件面形检测的有效方法。通过分析检测光瞳到被检平面的位置转换关系以及波像差到面形误差的幅值转换关系, 分别对检测得到的波像差以及干涉仪离焦产生的Power进行转换处理, 利用最小二乘法计算出瑞奇-康芒两角度检测时的干涉仪离焦量, 从而获得被检平面的面形误差分布。实验部分给出了第4项到第37项泽尼克多项式分布形式的被检平面面形误差的仿真检测结果的误差分布, 其峰谷值和均方根值的相对数值误差的平均值分别为6.22%和3.48%, 相对分布误差的平均值分别为28.1%和14.4%; 并给出了一个随机面形误差的仿真检测结果。此波像差解读方法不存在多项式拟合的误差, 适用于任意形状的被检平面通光口径, 具有较高的精度, 达到了实际工程要求。

介绍了将经典抛光方法与数控加工技术有机结合的多模式组合抛光技术。描述了多模式组合抛光的关键技术之一，材料去除率仿真模型的建立方法。通过设置抛光盘因子和元件因子，多模式组合抛光的材料去除模型不仅包含抛光模式、速度等加工参数，还将抛光模形状、边角效应、元件面形误差等因素对材料去除的影响一并考虑入内，可以根据抛光阶段的不同，选择不同的仿真精度。实验发现，多模式组合抛光可以显著提高加工效率，并且具有较好的对中频误差的抑制和修正能力。多模式组合抛光目前的应用水平大致为球面、平面元件的面形误差达到20 nm(rms)，非球面元件的面形误差达到30~40 nm(rms)左右。结果表明，多模式组合抛光在大口径元件的光学加工方面具有较强的适用性和很大的发展空间。

多模式组合抛光大口径光学元件是提高加工效率和加工精度的有效方法。作为加工系统的重要组成部分,抛光机械手的设计是实现多模式加工的关键。分析了多模式加工的主要运动方式,提出了对抛光机械手的具体要求。设计了一种5自由度抛光机械手,介绍了其主要结构。由D-H法建立了机械手的坐标系,推导出其位姿方程并求得逆解,为后续控制系统的设计奠定了基础。

以椭圆形平面反射镜实例为研究对象,介绍了轻质反射镜材料的选择以及反射镜在真空超低温环境中的应用。分析了各种轻量化孔的特点,设计了一种反射镜结构;在吊带支撑方式下,建立整体结构的有限元模型,对由于镜体自重及超低温环境引起的镜面变形进行了有限元分析。由数控系统在图形方式下控制实际轻量化加工,加工后的反射镜轻量化率达到33％;采用化学方法消除加工过程中产生的应力与微小裂纹;运用环形抛光机结合局部修磨进行光学抛光加工,抛光后面形精度达到0.022λ(均方根,λ=633nm);在实验室进行小范围温度拉偏实验,实验结果表明,面形精度变化量为0.03nm。