应力抛光技术通过在镜面上施加预定载荷, 将包括自由曲面在内的非球面转化为球面进行加工, 对加工镜面的形变进行精准检测是实现高精度应力抛光的关键。利用立体相位测量偏折术对预应力薄镜进行镜面面形和形变检测, 获得被测镜表面的连续相位分布, 结合表面法线唯一性与梯度分布积分, 最终得到被测镜的高度分布和面形。模拟了系统误差成分, 同时采用旋转平均法对系统误差进行标定去除, 保证和提高了测量精度。对一块口径 320 mm, 球面半径 5200 mm的预应力薄镜面形和变形量进行测量, 静态测量结果与三坐标机测量结果对比, 动态应变测量结果与有限元仿真结果对比, 分别一致吻合, 表明本文方法具备微米级的测量精度, 相比于干涉仪和三坐标机更适用于大面形变化的预应力薄镜检测。

为了提高刻蚀的均匀性, 对400mm反应离子刻蚀（RIE）腔室建立了气体流动的连续流体模型和热传递模型, 研究了反应腔室内压强、流速和温度分布。冷却板恒温285K时, 依次改变入口流量和出口压强, 分别分析了腔室内部基片晶圆附近的流速、压强、温度的分布; 依次改变极板间距离（30mm～60mm）、进气口直径（300mm～620mm）、抽气口直径（50mm～250mm）, 分析了反应腔室内气流和温度分布。结果表明, 压强分布呈现出边缘低中心高的特征, 流速呈现边缘高且中心低的特征, 且在小流量时压强的均匀性较好; 压强分布的均匀性随腔室极板间距离增加而有所提高, 且随腔室气体出口面积减小与进口面积增加也有所提高; 基片晶圆上方附近处温度场大面均匀、稳定, 几乎不受入口流量波动变化的影响, 热稳定性良好。该研究对大口径RIE腔室结构设计改进及对大口径反应离子刻蚀工艺控制具有重要意义。

Zernike 多项式系数的求解问题是一个典型的离散不适定问题，最小二乘法、格拉姆-斯密特正交化法和Householder 变换法均无法求得稳定的数值解。本文对导致该问题解的不稳定性的原因进行了分析，并采用Tikhonov 正则化法对Zernike 多项式系数进行求解，利用L 曲线准则确定了正则参数。数值仿真结果表明，Tikhonov正则化法有效的保证了解的稳定性，利用该方法得到的拟合面形很好的反映了面形的真实情况。

介绍了一种去除中频误差的有效工具被动半刚性磨盘。被动半刚性磨盘由刚性基底、变形层、薄板层以及抛光层组成。这种特殊的夹层式结构使磨盘在平滑过程中具有高通滤波特性,因而能够有效去除中频误差。基于弹性力学和滤波器理论,分析了被动半钢性磨盘的平滑机理,讨论了磨盘基本参数和误差频率之间的相互关系。以一块表面具有明显中频误差的抛物面镜为实验件,对被动半刚性磨盘的平滑能力进行验证,经过2个周期(共计75 min)的平滑后,中频误差得到了有效抑制。

数控小工具加工技术是目前中等口径(直径小于500 mm)离轴非球面光学元件的主要加工方法之一。数控小工具加工模型建立在普林斯顿假设基础之上,通过计算机控制小工具在工件表面的驻留时间及其他参数来实现工件表面材料的精确去除。结合实际加工中存在的问题,分析了最接近球面的合理确定方法;建立了以离轴非球面弧矢面等高线为加工轨迹的数控模型,有效地减少了小工具加工所带来的不规则“碎带”,并将二维驻留时间运算简化为一维;结合常量-线性分布模型对边缘效应进行了有效处理。利用仿真程序对124 mm离轴抛物面镜进行了模拟加工,模拟结果表明,在该模型的指导下,离轴抛物面镜面型误差均方根值从0.018 mm减小至小于λ/60(λ=632.8 nm)。