惯性约束聚变高功率固体激光装置研制对大口径光学元件提出了全频段精度控制指标要求, 以及高效率、批量化制造需求。本文围绕“超精密、确定性”强激光光学元件全流程制造方法, 总结了近几年大口径强激光光学元件超精密制造技术取得的重要进展, 重点介绍了单点金刚石超精密切削技术、非球面超精密数控磨削技术、确定性抛光技术等一系列关键技术, 以及相关工艺及装备在强激光光学元件批量制造流程线中的应用情况。

大口径光学元件中频波前的准确评价已成为高功率激光系统中关注的焦点，元件中频波前均方根值是重要评价指标之一。根据波前中频检测频段及波前检测设备频响特性，将波前的中频区域分为两个检测频段，分别采用干涉仪和光学轮廓仪实现了中频波前均方根值的检测。采用大口径干涉仪可实现全口径波前中频区域低频段波前的检测，通过比对大口径干涉仪和采用小口径干涉仪结合分块融合平均方法的检测结果，提出采用分块融合平均方法也可检测相应频段全口径波前均方根。采用光学轮廓仪通过离散采样的方法检测大口径元件中频区域高频段波前均方根，针对不同离散采样方式的实验结果表明: 3×3的采样方式能满足对410 mm×410 mm口径元件中频区域高频段波前均方根的检测。

为实现在高功率激光装置中对平面反射镜反射率的高精度测量, 提出了将双光束分光光度法与VW测量法相结合, 利用扩束后的测量光束测量被测元件的反射率。推导了计算公式, 搭建了测量光束口径为50mm的检测系统, 通过对标准吸收玻璃吸收值的测试验证了系统对光束能量测试的准确性。利用该系统对高功率激光装置使用的反射镜的反射率进行了测量, 并将其测量结果与用lambda900分光光度计测量的结果进行了比对。结果表明: 该方法的测量精度优于0.1%。

图像拼接是大口径光学元件表面疵病检测的关键环节之一。通过分析各种图像拼接的方法, 结合大口径光学元件表面疵病检测的需要, 采用基于模板匹配的方法实现大口径光学元件表面疵病检测的图像拼接。实验证明, 块匹配的拼接方法能取得非常好的拼接效果, 为实现大口径光学元件表面疵病的高精度、高效率、自动化检测提供了一定的指导。

为了实现大口径光学元件的子孔径拼接干涉测量，提出了采用立体视觉进行光学元件位姿测量的方法，建立了基于双目视觉的子孔径拼接测量系统。介绍了圆形子孔径拼接干涉测量的原理，基于齐次坐标变换分析了其对工件定位的要求；引入了立体视觉辅助测量系统，建立了通用测量模型，利用双目视觉获取不同子孔径测量时与工件刚性连接的特征点的三维全局坐标，在完成全部子孔径测量后利用四元数法求取各子孔径相对于全局坐标系的转换矩阵，然后利用优化拼接算法将各子孔径数据统一到全局坐标系下，完成大口径光学元件的全局测量。最后利用该系统实现了对口径为150 mm平面和100 mm球面的检测。实验结果证明，在本系统中，立体视觉系统平移定位精度优于0.1 mm，转动测量精度优于0.01°，可为优化拼接算法提供一个有效的初始值，该方法能够快速给出各子孔径间的相对坐标变换且不产生误差累积方法简单且可靠。

介绍了一种利用高分辨力CCD快速检测大口径光学元件表面和体内疵病的方法。利用侧照明方式对大口径光学元件进行均匀掠射照明,表面和体内疵病因为散射在暗室成像过程中影像被放大。对比研究了疵病示踪尺寸和真实尺寸,得出近似数学关系,利用高分辨力CCD,通过一次性成像获得光学元件疵病尺寸近似值、2维空间位置等定量描述表面特征的信息。