光学干涉绝对检验技术能够实现参考面和待测面面形的有效分离，是对干涉仪进行精度标定的有效手段。面向大口径平面干涉仪的校准需求，旋转平移法仅需一块透射平晶和一块反射平晶，避免了额外加工第3块平晶的成本和难度。但随着口径的增大，自重和支撑使得反射平晶在平移和旋转多种状态下的变形较大，继而影响绝对检验精度。提出设计轻量化的校准反射镜作为反射平晶，采用旋转平移法实现大口径干涉仪的绝对检验。以Φ 1 500 mm平面干涉仪作为标定需求，采用碳化硅作为校准反射镜材料，以三角形轻量化结构和6点背部支撑方式进行轻量化设计，控制其质量仅为93 kg，支撑和重力引入的面形变形PV值为9.75 nm。将变形面形叠加至PV值λ/4、不同分布的加工面形进行旋转平移绝对检验仿真计算，对旋转对称程度低且包含较多高频成分的面形，检验精度为λ/30；而对分布平滑对称的面形，检验精度可达到λ/50。因此，为了实现对于大口径平面干涉仪λ/50精度的标定目标，要求碳化硅校准反射镜加工面形PV值低于λ/4,尽量避免高频成分,旋转对称程度高。

为了满足大口径望远镜中间体高刚度、低惯量的技术需求，开展了中间体的轻量化设计，同时针对传统方法无法检测中间体形位公差的问题，提出基于自准直仪和激光跟踪仪的光学检测方法。根据望远镜整体结构需求，确定中间体尺寸范围，分析力的传递路径，以应变能最小为优化目标，采用变密度法进行拓扑优化分析和结构设计。基于自准直仪测角原理，在中间体轴孔端面吸附平面反射镜，测量两端面的反射角度，实现两侧轴孔端面平行度误差的测量，基于激光跟踪仪空间点坐标测量原理，利用回转工装寻找中间体轴孔圆心，测量两侧轴孔的圆心坐标，实现同轴度误差的测量。与传统经验设计的中间体相比，以拓扑优化为指导设计的中间体质量减少21.5%，静态刚度提高14.3%。光学法检测中间体两侧轴孔端面平行度误差为0.016 mm，两侧轴孔圆心位置偏差为0.03 mm。采用拓扑优化设计的中间体在提高刚度、降低惯量方面优势明显，提出的光学检测法可实现中间体形位公差的检测。

设计了一种用于头盔式微光夜视仪的轻量化光学系统，包括物镜与目镜。为了在提高系统成像质量的同时实现光学系统的轻量化，使用非球面进行设计。首先理论计算确定物镜、目镜设计指标，选用合适的初始结构，之后引入非球面进行优化设计，最终得到了一个7片式的物镜系统和2片式的目镜系统，将物镜的重量从原有的35 g降低到了26 g；将目镜重量从原有的52 g降低到了20 g，使得一套夜视仪系统重量总共减少了41 g，镜头重量减少了47%，成功实现了系统的轻量化。

针对非对称光学系统视场范围和出瞳直径较窄、光学结构复杂、制造成本昂贵、装配调整麻烦等问题，本文采用在系统中加入自由曲面反射镜的设计方法。首先，论述了双反射镜非对称光学系统的设计要求和工作原理。然后，分析了三反射镜非对称光学系统的离轴结构控制方法。最后，采用XY多项式自由曲面反射镜折叠光路、消除遮拦、扩大视场、校正离轴像差，设计出一款适用于头盔显示器的非对称光学系统。设计的双反射镜非对称光学系统的视场为60°×30°，出瞳直径为8 mm。在截止频率52 lp/mm处，全视场的调制传递函数值大于0.25，系统畸变小于5%，单目系统重量约为190 g。设计结果表明，该非对称光学系统的视场大小和成像质量均有所提升，实现了小型轻量化，可应用于头盔显示器。