为解决目前光片荧光显微镜光片厚度单一的问题, 基于变倍扩束原理进行了可变光片照明系统设计。首先, 对光片照明系统各组成部分进行了高斯光学计算, 得到光片厚度与扩束比的关系以及扩束比与各组元垂轴放大率、焦距的关系; 然后, 设计了基于10倍扩束的可变光片照明系统, 得到厚度和长度连续可变的光片; 最后, 对光片参数、均匀性及系统的公差进行分析。设计结果表明, 连续可变光片的厚度为3.33～33.3 μm, 在YOZ平面上60%的光片高度区域内, 低(1×)、中(6×)和高(10×)扩束比下的照度均匀性分别达到0.65、0.4和0.61。公差分析表明, 光片厚度在1×扩束比时的最大改变量小于设计值的15%, 在6×和10×扩束时小于6%。设计实现了光片厚度的连续变化, 且在60%的光片高度区域内有利于样本的观察。

为了研究主动支撑条件对超薄镜面形误差的校正能力，以一个直径0.5 m的超薄镜为例进行了面形校正的仿真分析及实验验证。分析了致动器作用力与超薄镜面形的关系，引入了一些需校正的面形误差，如初级球差、慧差、像散及重力变形等，确定了致动器作用力的优化目标，用求解非线性约束问题的优化算法——序列二次规划法计算了校正面形误差所需的致动器作用力，得到了超薄镜面形残余误差。仿真分析表明，对于归一化系数为1的初始球差、慧差、像散以及它们的叠加，用本文提供的致动器排布方式可以将面形误差校正到RMSλ/24以内，且对初级像散的校正能力最强，慧差和球差次之；竖直放置时的重力变形加上3种低阶像差的叠加也可被校正到RMSλ/24。在得到主动支撑的0.5 m实验镜的初始面形结果后，重新计算了优化力和面形误差，结果表明,计算结果和实际装调结果基本一致，RMS约为λ/7。计算分析了超薄镜面形未能达到预期目标的原因，提出了适当增加致动器和提高超薄镜初始面形精度的改进方案，并最终使超薄镜面形达到RMSλ/20的要求。

为了实现超薄球面镜的非球面成形,提出了一种采用非球面梯度法求致动器排布初始解的方法。给出了该方法的理论依据、排布方法以及计算非球面度梯度的两种公式;以一大口径离轴超薄非球面镜为例,用非球面度梯度的两种计算公式分别求出了致动器排布初始解,完成了非球面成形的有限元分析,得到了满足面形精度RMS值为21.09 nm的最终解;最后,介绍了致动器排布的优化步骤,比较了非球面梯度法、正方形法和环形法的差异。结果显示,用非球面度梯度平均值公式求出的初始解与最终解最接近,符合非球面度梯度变化率与致动器面密度的关系,而通过优化还能进一步减少致动器数量和面形残差。在相同面形精度下,非球面梯度法排布的致动器个数约为正方形和环形排布的1/2或更少;在相同致动器个数下,非球面梯度法排布的面形残差RMS值约为正方形和环形排布的1/3或更小。结果表明,非球面梯度法更适合在非球面成形领域用于求解致动器排布初始解。