在光学镜面相位恢复检测中,由于CCD相机的横向失调和光路中倾斜误差的存在,采集图像会发生错位,影响检测结果的准确性。为了克服光路校准带来的困难,基于快速傅里叶变换图像配准算法以及梯度相位恢复算法,提出了亚像素图像配准相位恢复 (SIRPR) 算法。通过仿真,验证了该算法对于光路的横向偏移和镜面倾斜具有良好的矫正作用。对一块直径为110 mm的凹面反射镜进行实验测量,并利用SIRPR算法处理含明显错位光斑的光强图,将计算获得的面形结果与干涉仪直接测量的结果进行对比,面形之差的方均根值为0.1047λ(λ为波长),验证了算法的准确性。

针对快焦比特大非球面度离轴非球面反射镜, 设计了3片式Offner补偿器。为应对3片式补偿器对中心偏差及镜间隔严格的公差要求, 设计了相应的补偿器镜筒结构。该结构使透镜中心倾斜及平移调整相分离, 实现补偿器的高精度装调。根据中心偏差测量仪的测量结果, 2片补偿镜之间倾斜误差44″, 平移误差35 μm, 镜间隔误差38 μm; 补偿镜组与场镜之间倾斜误差53″, 平移误差42 μm, 镜间隔误差72 μm, 满足检测使用要求。利用该补偿器及4D动态干涉仪对精抛光阶段的离轴非球面进行检测, 面形结果PVq值达到0135λ, RMS值达到0019 5λ, 优于设计要求。

基于付科法的离轴非球面波面再现检测技术, 通过对付科检测过程的数学分析, 建立了离轴非球面波面再现的数学模型, 提出了波面整合算法, 通过对两幅阴影图灰度值积分、去倾斜及波面整合等数据处理再现出被检离轴非球面的波面误差.在被检离轴非球面两个方向的弥散斑分别为0.152 mm和0.284 mm时, 干涉检测得到其面形误差峰谷值为1.110 μm、均方根值为0.194 μm, 且两种检测方法的波面轮廓相一致.实验结果验证了基于付科法的离轴非球面再现技术的正确性, 可以应用于指导离轴非球面在细磨粗抛阶段的加工并且实现与精抛光阶段干涉检测的有效衔接.

近年来, 大口径、大非球面度、快焦比、高次非球面光学元件在天文光学、空间光学和地基空间目标探测与识别等领域得到了越来越广泛的应用。目前对此类光学元件的检测一般采用零位补偿法或消回程误差的非零位检测法。其中消回程误差的非零位补偿法处理过程复杂, 缺乏检测直观性, 且测量精度无法保证, 故在针对一些面形精度要求非常高的镜面时并不适用。以口径为1020 mm、焦比为1/0.5、非球面度为1.8 mm、高次项达6次的凹高次非球面反射镜检测为研究基础, 提出了分阶段设计零位补偿检验光路的新思路, 以满足此类镜面在粗抛、精抛、干涉仪检测等不同研制与检验阶段的需求。最终检测面形精度达到了λ/50。

通过将多块不同尺寸的碳化硅平面试片以及一块口径为520　mm碳化硅凹非球面反射镜作为镜面改性工艺技术的实验平台, 对大口径碳化硅反射镜面PVD改性工艺技术进行探索、分析和研究。重点研究了前期PVD改性前镜面特性与PVD改性层的最佳匹配关系, 主要是PVD改性层与镜面粗糙度和残留面形误差的要求和最佳结合点。采用的抛光方式为磨盘相对镜体做行星运动, 采用相同的离子束辅助沉积法进行凹椭球面碳化硅反射镜的镜面改性。实验结果表明: 通过选用合适的方案对改性后的PVD改性层镜面的面形误差进行修抛, 可同时提高其镜面光洁度和粗糙度, 最终测试结果为0.756　nm(Sq), 与改性前比较, 粗糙度得到一定程度的提高。