针对拼接干涉测量技术除了引入拼接误差,还将引入机械运动误差的问题,为此提出一种X射线反射镜的非零位干涉测量方法,无需拼接便可实现零回程误差的高精度干涉测量。利用一块高精度平面镜来标定干涉系统在全视场范围内的回程误差。通过将待测非球面镜划分成多个子孔径,每个子孔径可近似看作一个平面,这样可以从标定数据库中找到该子孔径所对应的回程误差,通过简单的矩阵拼接可得到整个待测非球面镜的回程误差。以X射线椭圆柱面反射镜为例进行实验,实现X射线椭圆柱面反射镜非零位干涉测量面形的回程误差有效标定,相比于拼接干涉测量方法二者结果一致性较好,证实所提方法的正确性。

液晶盒表面面形的质量会影响空间光调制器的性能。为了精确测量液晶盒表面面形, 提出了短相干载频干涉方法。利用短相干扩展光源进行照明, 产生的参考光和测试光之间形成定域干涉, 通过控制参考面和液晶盒表面之间的倾角, 引入合适的载频, 得到待测载频干涉条纹; 同时空液晶盒空气层上下表面干涉, 形成背景干扰条纹, 从而在CCD相机中采集到混叠有一组干扰条纹的单幅载频干涉图。通过空间傅里叶变换方法滤除背景和干扰条纹的频率信息, 提取并恢复待测条纹包含的面形数据。实验检测了两块玻璃基片错位粘合制成的液晶盒表面面形, 解算出波面峰谷值PV为8.286λ, 波面均方根值RMS为1.782λ。使用该方法和ZYGO干涉仪进行的对比实验中PV值和RMS值分别相差0023λ和0.004λ, 两种测量方法得到的结果一致。该方法能够克服多表面干涉的问题, 实现液晶盒表面面形的精确测量。

折反射式零位补偿检验是一种综合了Offner折射式和Maksutov反射式补偿检验优点的凹非球面检验 方法,补偿能力强,检测光路紧凑。大口径和大相对孔径非球面检验是制约其加工质量提高的难题,针对口径为4 m、 偏心率为1、顶点曲率半径为16 m的大口径凹抛物面反射镜,设计了折反射式零位补偿器。基于三级像差理论对补偿器的初始结构进行了 规划和计算,采用Zemax软件对初始结构参数进行了优化,得出了补偿器的最终结构,检验光路轴向尺寸约12 m,系统优化后剩余波相差为0.005λ。设计和仿真结果表明,这种折反射式零位补偿器对大口径凹非球 面镜的加工检测是非常有利的。

提出了一种基于检测光路光线追迹的畸变校正方法。通过对面形图边界的提取和分析确定图像中畸变的对称中心位置和对检测波前的采样间隔，利用光线追迹建立镜面到检测结果的对应关系，从而校正面形分布的畸变。针对某大口径离轴三反光学系统的730 mm×268 mm 离轴非球面主镜的补偿检测，完成了面形图的畸变校正，校正前后二值化面形图与二值化镜面图的标准化互相关函数最大值从0.925提升至0.985，校正效果明显。

为了验证相位差异波前检测器演示系统利用自带光源独立完成波前检测任务的能力，搭建了基于相位差异法检测镜面面形的实验平台。测试时在焦面和离焦面上同时采集短曝光图像，在已知离焦量的前提下解算出波前相位分布并恢复出目标，从而实现对大镜面像差的估计。为了进一步验证相位差异测量方法的准确性，对相位差异法与高精度的ZYGO干涉仪得到的测量结果进行了比较分析。实验结果表明: 两种方法获得的面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和均方根值(RMS)一致性很好，而波前RMS的测量精度达到了2.83/1 000λ。得到的结果表明提出的相位差异法能有效地检测出镜面的像差，且准确性很好。

针对F 数为4 的高次非球面，设计了一套基于平行光束照射的高精度补偿器。系统工作波长为632.8 nm，设计残差为0.0018 λ 。提出了求解两片检测透镜组成补偿器初始结构的新方法。该方法合理假设补偿器部分结构参数，通过判断补偿器与非球面的Seidel 系数之和最小获得未知参数。比较非球面在补偿器第一面位置处的高斯像高与假设的入射平行光高度，通过MATLAB 迭代计算得到高度差小于预设误差，进而确定平行光入射高度。重新复算得到最终的初始结构。最后将迭代计算得到的各个面Seidel 系数和ZEMAX 给出的结果进行比较，证实了该方法的可靠性。

为了消除平行平板类光学元件的多表面干涉效应对元件面形测量的影响, 提出了基于波长移相调谐技术与傅里叶变换原理的多表面干涉条纹检测技术。首先, 根据波长移相原理和被测元件的厚度, 按照推算出的被测腔长与元件厚度间的比例关系正确摆放被测元件的测试位置。然后, 通过波长移相技术采集一组干涉图。最后, 对这组多表面干涉图进行离散傅里叶变换, 提取带有被测元件前后表面面形的频率信息以及厚度变化的频率信息, 通过重构算法得到准确的面形信息和厚度信息。实验结果表明: 与传统的13步移相算法相比, 得到的前表面PV值和RMS值分别相差0.003和0.001, 而后表面PV值与RMS值分别相差0和0.001。这些结果基本满足平行平板类光学元件面形的高精度测量与洁净测量的要求。