针对计算机光学表面成形技术的去除理论中关于材料去除量及去除函数误差修正能力问题，基于等效去除积分法，对高斯型、三角形、梯形、脉冲随机复合型等多种不同形态的去除函数修正能力进行研究，通过频域分析去除函数的误差修正能力，获得调制参数与去除函数修正能力的关联曲线，建立基于等效去除积分法的去除函数截止修正能力评价模型，为去除函数误差修正的调制及去除函数修正能力评价提供依据，从而在大口径光学元件的超高精确度加工中，提高超光滑光学元件表面的质量。

将光学系统波像差检验技术与子孔径拼接测试技术相融合提出了凸非球面系统拼接检测方法, 对该方法的原理和实现步骤进行了分析和研究, 并建立了合理的子孔径拼接数学模型.依次利用计算机控制光学表面成形技术和磁流变抛光技术对一包含大口径凸非球面的离轴三反光学系统的各反射镜进行加工, 并对整个系统进行装调和测试.测定光学系统各视场的波像差分布, 通过综合优化子孔径拼接算法和全口径面形数据插值求解得到大口径凸非球面全口径的面形信息.结合工程实例, 对一口径为292 mm×183 mm的离轴非球面次镜进行了系统拼接测试和加工, 其最终面形分布的均方根值为0.017λ(λ=632.8 nm).

在计算机控制光学表面成形（CCOS）技术中，由于边缘处压力分布的不均匀，会在工件边缘产生边缘效应，边缘效应会严重阻碍面形误差的收敛，边缘效应问题已成为数控加工技术中亟待解决的关键问题之一。针对边缘处压力阶跃分布模型和线性分布模型进行了理论仿真及实验验证，实验结果表明，对于方形工件，在露边量较大（实验中露边量为去除函数束径的1/3）和露边量较小(实验中露边量为去除函数束径的1/24)的情况下，两种模型得到的去除函数结果相差不大，都能够在一定程度上反映出实际结果；当露边量适中（实验中露边量为去除函数束径的1/6）时，线性模型下的去除函数更接近实验结果，阶跃模型在去除函数中心区域与实验结果偏离较大。

在离子束抛光设备研制过程中，离子源扫描运动方式的选择是很关键的，一般分为直角坐标方式扫描和极坐标方式扫描两种。根据两种扫描方式的特点，在极坐标系统下进行直角坐标扫描方式加工。该种方法采用直角坐标扫描方式下的驻留时间计算，算法相对简单。该种方法在极坐标系统下进行加工，同等情况下可加工圆形镜面的口径比直角坐标系统下更大些；而且离子源的可移动区域是一条直线，其余地方可以摆放其他设备，空间利用率较高。对这种新思路进行仿真分析，证实了其具有可行性。

分析了碳化硅作为空间反射镜材料的各种优点，研究了加工和检测离轴碳化硅非球面反射镜的各项关键技术。利用自行开发的非球面加工中心FSGJ-2对离轴碳化硅非球面进行了研磨、抛光和轮廓测量，分析了计算全息补偿检测离轴非球面的基本原理，并专门设计研制了计算全息衍射检测装置，对大口径离轴非球面反射镜进行了零位补偿干涉测量。结合工程实例对一口径为468 mm×296 mm的离轴碳化硅非球面进行了超精加工与检测，最终面形误差峰谷(PV)值为0.148λ，均方根（RMS）值为0.017λ（λ=632.8 nm），达到了良好的效果。

建立了基于矩阵计算的驻留时间计算模型，根据实际加工要求建立了最小二乘和最佳一致逼近最优化求解数学模型，总结了两类优化问题的求解方法。根据自研数学解法器，利用数值计算分析了这两类算法的计算特点。仿真结果显示，两种自研算法具有较高的计算精度，最小二乘逼近算法计算效率有待提高，对外界扰动和计算模型等误差不敏感,最佳一致逼近算法计算效率较高，但对误差比较敏感。实际加工时，如果面形精度已经比较高时，建议多采用最小二乘逼近算法。

采用基于稀疏矩阵的大规模非负最小二乘法，对大口径、微浮雕结构光学元件加工中的驻留时间进行了分析与求解，并对该算法开展了正则化研究。仿真结果表明: 与传统非负最小二乘法相比，基于稀疏矩阵的大规模非负最小二乘法精度高、效率快。采用该算法仿真加工平均振幅为1.177 6倍波长的大口径、微浮雕结构光学元件，误差面形均方根收敛至0.067倍波长。

在离子束抛光工艺中，驻留时间的求解是很关键的。通常求解驻留时间的时候，是用理想的高斯函数来近似实际的加工函数。如果使用实际的加工函数仿真加工，加工的效果不好。运用系数法和消去法的综合算法来提高采用实际加工函数仿真加工镜面面型的精度，首先多次用系数法得到比较理想且平滑的镜面面型，然后再用消去法精修面型。这种算法运算速度快，得到的面型精度高且较平滑。对这种综合算法进行仿真分析，比较了理想高斯函数与实际加工函数加工后的差别，同时比较了运用消去算法与综合算法得到的镜面面型，PV值由83.63 nm减小到46.92 nm，镜面精度提高了很多。

针对计算机控制光学表面成形中光学表面存在中高频误差的问题，提出了一种基于驻留时间补偿的有效控制方法。分析了抛光误差的形成机理和影响因素，对系统的误差影响因素进行分类和定量描述，构建了抛光过程中磨损影响因子、浓度变化影响因子和系统影响因子。基于各影响因素的影响因子对抛光驻留时间的求解函数进行了修正，提出采用离散最小二乘法对修正的函数求解驻留时间。研究表明：这种补偿方法能提高计算机控制光学表面成形技术中加工模型的精度，减小光学表面的残余误差

为了克服传统光学镜面抛光方法的缺点,提出了应用离子束进行光学镜面修形的方法。介绍了离子束修形技术的原理和方法,并对离子束修形中涉及的关键技术进行了讨论。在自研的离子束修形设备上对一块直径98 mm的微晶玻璃平面样件进行了离子束修形试验,经过两次的迭代修形使其面形精度均方根误差由初始的0.136λ提高到0.010λ(λ=632.8 nm),平均每次迭代的面形收敛率达到3.7。实验结果表明,应用离子束进行光学镜面修形无边缘效应、面形收敛快、加工精度高;由于离子束修形技术去除材料过程自身的特点,使数控离子束修形技术对非球面的加工和对平面的加工难度相当。