针对远距离无线光通信中光束跟踪受长距离大气传输不确定因素影响大的问题，提出了一种利用双反射镜的无线光系统结构。针对双反射镜到接收端的短轴跟踪控制设计了滤光片转盘模块，通过给反射光斑施加频率扰动的方式来实现对相机探测面上双光斑的辨别，并以探测面上双光斑的重叠情况作为判别光束对准的依据。对于存在偏移的重叠双光斑图像，提出多光斑/重叠光斑中心提取的思路，利用最小二乘法椭圆拟合实现重叠光斑的分割，并对无重叠、较少重叠以及较多重叠三种情况下的光斑图像进行分割实验。研究结果显示，在光斑重叠的场景下，光斑中心定位与实际位置之间的标准差小于0.5 pixel，因此所采用的算法在重叠光斑的分离方面具有很好的效果。

为了提升扫描干涉场曝光光束对准精度，保证制作的光栅掩模槽形的质量，建立了曝光光束对准误差模型，利用模型对光束对准误差进行了分析。同时为了满足系统对光束重叠精度的要求，设计研制了光束自动对准系统，并对曝光光束进行了对准实验。分析结果表明，当光束存在较大对准误差时，光栅基底表面曝光对比度大幅下降，而且由于采用步进扫描的曝光方式，光刻胶表面出现了各处曝光不均匀的现象，影响光栅掩模槽形的质量。设计的对准系统可以对光束角度与位置进行对准调节，系统整体表现出良好的收敛性能，多步调节后可使光束位置对准精度优于10 μm，光束角度对准精度优于9 μrad。这样的曝光光束对准精度可以满足系统要求，达到了预期的设计目的。

光束自动对准技术是扫描干涉场曝光系统中的关键技术之一，两曝光光束位置与角度的重合程度直接影响所制作光栅掩模的槽型质量。针对光束对准过程中光束调整的两个运动维度之间存在相互耦合的情况，推导了存在耦合时对准算法的收敛条件，并分析了光路中反射镜与解耦平面之间存在的装调误差对对准性能的影响。分析得出，装调误差降低了光束对准系统性能，甚至导致对准算法发散，通过调节光路中反射镜M₂和解耦平面的距离L₂与反射镜M₁和解耦平面的距离L₁的比值L₂/L₁可以优化系统的收敛性能。实验结果表明，当L₂/L₁较大时对准系统调节性能较差，收敛速率较低；当L₂/L₁较小时光束对准系统可以快速地收敛到目标位置，有效地对光束进行对准调节。推导证明与模拟分析可为光束对准系统以及整个曝光光路的设计提供理论指导。

传统的光束漂移测量及校正系统结构复杂、实时性低。针对这一问题，提出了一种基于散焦光栅成像装置的光束对准系统，该系统利用±1级衍射光斑的位置变化来计算光束的平漂量和角漂量，并控制2块倾斜镜分别实现光束平漂和角漂的校正。衍射光斑的形态变化和相机的采样能力是影响系统漂移量测量及校正能力的重要因素。实验结果表明：系统能实现静态和准静态光束漂移量的稳定闭环，光束校正后的离轴残差为0.1 mm，倾斜残差约12″。最后指出系统的改进方向。

针对标准单晶硅球直径精密测量的需要,本文在介绍标准硅球直径测量系统原理并分析其光路特点的基础上,根据建立的数学模型,对激光束斜入射标准板时产生的椭圆干涉图像进行了分析,并对不同入射角度时干涉环中心点带来的直径测量误差进行了研究。分析结果显示,在给定的实验条件下,当入射角为10-3 rad 时,误差已达6.6 nm。提出了一种精确调整光束垂直入射平板的方法,实验结果表明,此方法能够使光束入射角的调整优于10^-5 rad,满足系统测量的要求。