太阳望远镜内部因太阳辐射作用使镜面升温，镜面上方产生局部大气湍流，导致镜面视宁度不佳，从而造成像质的严重衰减。文中基于温度梯度和气体流动导致固体-流场的耦合作用，提出镜面视宁度效应的形成机制，建立湍流大气光学产生镜面视宁度效应的理论，利用1 550 mm大口径双曲面镜的实验数据推导并验证镜面视宁度的实验模型，并对太阳望远镜主镜温控目标进行确定。在自然对流和强迫对流两种条件下，不同环境风速时镜面温差改变对镜面视宁度的影响。结果表明：镜面温差和环境风速与镜面视宁度相关性很强，增加主动通风可以降低镜面视宁度。温差是4 ℃条件下，自然对流时镜面视宁度为 1.43″；温差是 3 ℃条件下，0.2 m/s 强迫对流时镜面视宁度为 0.44″，1 m/s 强迫对流时镜面视宁度为 0.27″。根据镜面视宁度效应容差标准，在0.2 m/s强迫对流条件下，镜面-空气温差应控制在0.2 K以下；在1.0 m/s强迫对流条件下，镜面-空气温差应控制在1 K以下。此研究成果旨在揭示空气湍流的形成机理与传播规律及其对望远镜像质退化影响规律，为提升大口径太阳望远镜工作分辨率奠定基础。

针对大口径太阳望远镜系统运行过程中由于静态位置失配误差、风载弯沉等准静态位置失配误差以及热变形等非失配误差引起的波前像差导致成像质量下降的问题，在对太阳望远镜系统波前像差时空分频的基础上，提出采用次镜刚体位移对太阳望远镜低时空频率波前像差校正的方法，建立起次镜刚体位移与像差校正量的关系，并通过数值仿真及实验验证了采用次镜刚体位移对上述来源像差的校正能力。数值仿真和实验结果表明：次镜刚体位移能够对望远镜系统运行过程中的低时空频率波前像差进行有效校正，其中，对位置失配误差校正后像差RMS值低于原值的9%，对非失配误差校正后像差RMS值低于原值的40%，对多源混合误差校正后像差RMS值低于原值的15%。

为了降低向列液晶调制器的相位延迟漂移影响以提高可调谐液晶双折射滤光器的透过轮廓和谱线定位精度，提出了一种基于傅里叶分析的非线性拟合原位定标方法。该方法从偏振干涉理论出发，利用傅里叶分析获得双折射滤光器每一级的相位偏移量；然后建立相位偏移量与向列液晶调制器相位延迟漂移量的函数模型，最终采用非线性拟合法获得相位延迟漂移量，从而实现双折射滤光器的原位定标。误差分析和实验研究表明，该方法对滤光器的晶体参数以及前置滤光片的误差依赖较弱；测量方法简单便捷，一次测量即可完成定标；相位延迟漂移量的定标精度优于5°，对应双折射滤光器（带宽0.01 nm）的线心漂移量小于0.000 3 nm。

太阳望远镜复杂的观测环境会引起机电型边缘传感器的零点漂移。采用光学探测的方法对边缘传感器进行短周期定标，解决太阳望远镜中传感器零点漂移的问题。为验证光学探测技术对边缘传感器进行短周期定标的可行性，开展了基于点扩散函数的子镜边缘探测研究。利用促动器、边缘传感器以及点扩散函数互相关检测法进行交叉定标实验，其检测精度优于5 nm，并在两镜系统上开展了基于点扩散函数边缘探测的主动控制实验。实验结果表明，该方法的探测精度和探测频率满足对边缘传感器的短周期定标。

重力和温度作用会导致结构变形从而引起副镜姿态失调、像质变差等问题，如何获取副镜相对主镜的失调量是进行副镜姿态校正的关键环节。以2 m环形太阳望远镜副镜姿态校正系统为例，研究了基于小视场波前像差测量的副镜姿态校正方法。针对偏心和倾斜存在耦合，而在小视场中无法通过多视场的波前像差探测实现解耦的问题，分析了采用正则因子约束低灵敏度失调量和直接约束低灵敏度失调量两种方法的校正效果。提出了正则因子对失调量约束的两种实施方案：基于稳定0点位置的失调量调整和相对位置的失调量调整。根据失调量校正的灵敏度矩阵模型、波前探测系统的测量精度以及六杆机构的执行误差，分别从像质补偿效果、失调量求解精度和累积误差三个方面对不同的校正方法进行了仿真研究。仿真结果表明，以一定的正则因子对失调量基于稳定0点位置进行整体约束的校正方案，失调量的求解和系统的像质改善均能取得较好效果，该方法能够将波面均方根误差从0.495 9λ改善到0.006 2λ，且不会在连续的调整过程中引入较大的累积误差，该方案更适用于基于小视场像差测量的副镜姿态校正系统。

针对空间太阳望远镜工作时间长、工作环境苛刻的热特点，在极端工况条件下对空间太阳望远镜本体框架和导行镜进行热设计。通过在高低温工况下进行有限元仿真分析与热平衡试验，对本体框架和导行镜热分析与热平衡试验结果进行了对比，其温度均控制在22 ℃，并且同一工况下各组件的温度波动均小于1 ℃，验证了热设计的正确性。同时本体框架与导行镜有限元仿真与热平衡试验在高温工况下的功耗差为1.2 W，低温工况下的功耗差为0.8 W，仿真分析和热平衡试验吻合，分析正确有效，保证了望远镜在复杂工作条件下的正常工作，为提高空间太阳望远镜本体模块与对日追踪光学系统的可靠性与热设计优化提供了理论依据。

为分析2 m环形地基太阳望远镜系统的杂散光，对该系统光机结构进行杂散光仿真模拟。基于Tracepro软件建立2 m环形地基太阳望远镜系统的光机模型，对光机组件进行光线追迹，着重分析了系统主镜、次镜、光阑面、主镜室前表面以及桁架等组件一次散射，使用点源透过率计算方法得到系统点源透过率（PST）曲线。结果表明，当离轴角θ≥5′时，系统PST≤1.728×10^?4，2 m环形地基太阳望远镜可以较好地满足对太阳磁场高分辨率成像的需求，系统观测不会受到杂散光的影响。