激光通信大口径地面光端机的主要作用是与卫星建立通信链路，实现卫星与地面站之间的数据传输。某激光通信车载地面光端机 600 mm主镜采用微晶材料，重量较大且工作角度不断发生变化。为保证镜面变形精度，该主镜在采用轴向背部 9点支撑的基础之上，需同时采用径向支撑结构平衡主镜在其工作角度下重力的径向分力。本文根据主镜工作角度变化，针对传统多点径向支撑结构尺寸大并易造成应力集中等问题，为平衡主镜径向重力分量，减小径向支撑结构尺寸，设计了中心轴与水银带相结合的径向支撑方案，采用有限元分析方法得出水银带参数对主镜面形的影响，优化了支撑参数并设计了支撑结构。主镜面形测试结果表明，采用本文提出的径向支撑结构后，主镜面形达到了预期效果，面形 PV值优于 λ/5，RMS值优于 λ/37，完全满足设计要求。

支撑方式对大型光学元件的镜面变形及应力集中具有重要影响。以大口径、非均匀质量分布、二维旋转棱镜为研究对象，综述了多点支撑和面支撑方式，提出了可调分段面支撑方法，并给出具体的方案设计。系统地分析了面支撑方式下棱镜的运动过程，得到最危工况。采用两步优化方法对该工况下的支撑夹角进行优化，优化后棱镜运动过程中的最大变形峰谷值与最大等效应力值相比优化前分别减小了7.40%和11.45%，支撑效果得到了明显改善，验证了该支撑方式的合理性及可行性。

为了降低外界载荷和温度变化对二氧化碳探测仪光学系统透镜面形及共轴的影响, 根据系统的特点和技术要求, 对其典型透镜的支撑结构进行了研究, 设计了一种径向挠性支撑结构并建立了3D实体模型。运用工程CAD分析软件, 采用非线性有限元分析方法对其进行了动静刚度特性和热特性仿真分析, 验证了支撑结构设计的合理性。分析结果表明, 透镜结构组件的一阶固有频率为1 301 Hz; 利用面型拟合, 得到了各工况下镜面面形误差值为PV≤λ/10, RMS≤λ/50, 偏转误差≤1″。该径向支撑结构能很好地保持透镜共轴精度, 减小了温度变化对镜面变形的影响, 各项结果满足设计要求, 证明了结构设计的合理性。

本文提出了一种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜。首先根据拉格朗日方程建立了这种基于薄板径向支撑的高速压电倾斜镜简化模型的动力学方程，然后推导出了其倾斜方向谐振频率理论表达式；根据理论表达式可以预测倾斜镜的动态性能。在理论分析的基础上，我们制作了这种薄板结构，将其加入到原有结构倾斜镜中，进行了频响测试以及角行程测试分析。比较理论分析和实验测试分析的结果，证实了薄板部件的加入对于倾斜镜应用带宽的提高有显著作用。