利用维格那分布函数, 推导部分相干Lommel -高斯光束通过海洋湍流的有效曲率半径和传输因子的表达式, 并分析光束的有效曲率半径和传输因子的传输性质。结果表明, 部分相干Lommel -高斯光束在海洋湍流的传输性质和部分相干贝塞尔 -高斯光束相同, 但是部分相干Lommel -高斯光束连续的轨道角动量分布特点使得其相较于后者更有优势。数值分析海洋湍流参数, 包括盐度温度波动平衡参数、温度方差耗散率以及湍流动能耗散率对部分相干Lommel -高斯光束的有效曲率半径和传输因子的传输的影响。该研究工作可为激光水下通信和激光**等实际应用提供理论基础和实验依据。

为了解决相位测量偏折术测量小曲率半径凸球面时相机所采集到的条纹图案边缘模糊、对比度低的问题，提出了基于逆光线追迹的预畸变条纹偏折术。该方法通过预设待测球面元件的曲率半径建立逆光线追迹模型来获得预畸变条纹图案。利用N步相移算法和迭代优化算法获得待测元件坐标和高度，再结合微分几何方法计算待测元件各点的平均曲率半径。在数值模拟中对曲率半径为8 mm的球面的测量精度约为11 μm。最后，在实验中对曲率半径均值为8.26 mm凸球面上的各点进行测量得到的平均曲率半径为8.28 mm，测量区域的直径由原来的4 mm增加到5 mm。结果表明，相比于传统偏折术，本文方法不仅解决了偏折术测量曲率半径较小凸球面时条纹图案边缘模糊、对比度低的问题，还提高了测量精度、增大了有效测量面积。

针对大批量球面光学元件曲率半径的快速、高精度、非接触测量难题, 提出一种基于差动共焦技术的批量元件曲率半径快速测量方法。先将一已知曲率半径的样件S0在其共焦位置进行扫描定焦, 获取其差动共焦曲线和线性段方程; 依次装卡同批次被测元件S1-Sn并无扫描地获得其离焦量; 根据样件曲率半径和被测件离焦量换算出被测样品曲率半径。仿真和实验表明, 精度可达12.2ppm, 同时测量速度比传统式差动共焦曲率半径扫描系统提高59倍。方法仅需1次扫描和N次快速装卡即可实现N件球面元件曲率半径的快速、高精度、非接触式检测, 为大批量球面元件的高效率、高精度加工检测提供全新途径。

针对不同二次曲面常数旋转对称非球面光学元件的顶点曲率半径高精度、通用化测量问题,提出了一种基于激光差动共焦的非球面顶点曲率半径测量方法。该方法利用圆形光瞳技术使非球面实测共焦点接近顶点球面球心;利用差动共焦技术对被测非球面的猫眼点和共焦点分别进行精密瞄准定位,测得实际顶点曲率半径值;通过理论仿真分析得到圆形光阑尺寸与顶点曲率半径理论偏差值之间的关系,对实际测量值进行补偿。实验结果表明,该方法相对精度小于0.01%,为非球面顶点曲率半径测量提供了一种全新的技术手段。

为了提高获取角膜地形图的测量精度，将相位测量偏折术和传统Placido盘法相结合，研究了一种新型的人眼角膜地形图获取方法。将人眼顶点处的法线与相机光轴共线，且与显示器的法线平行。显示器上显示的二维正交条纹图经人眼反射后，被相机接收。利用相位提取算法和迭代算法得到显示器和人眼角膜的坐标，再根据两者的几何关系，进而得到人眼角膜地形图。数值模拟表明模型眼的曲率半径和屈光度的测量精度理论上可达±14.7 μm和±0.07D。最后实验上对曲率半径与人眼接近的球面元件进行了测量验证，结果表明，本方法具有测量精度高、装置简单、成本低等优点。

为了研究温度对大口径SiC反射镜镜面曲率半径和面形RMS值的影响，针对某空间相机2 m口径SiC主反射镜建立了有限元模型，分析了均匀温度场、轴向温度梯度以及径向温度梯度对反射镜曲率半径变化量和面形RMS值的影响程度和规律,通过理论分析和试验验证了仿真结果的准确性。结果表明：温度梯度对反射镜曲率半径和面形RMS值的影响远远大于均匀温度对其的影响，曲率半径变化对轴向温度梯度最为敏感，面形RMS值对径向温度梯度最为敏感。1 ℃轴向温度梯度引起的曲率半径变化比相同均匀温升引起的曲率半径变化量大48倍。±1 ℃径向温度梯度引起的面形RMS值可比相同均匀温升引起的面形RMS值大202倍。在确定反射镜热控指标时，必须考虑轴向温度梯度和径向温度梯度对稳定性公差的影响。

为实现对大尺寸光学材料及系统元件的高精度对准测试, 设计了一种新型Φ200 mm口径长焦距准直干涉测试装置。该装置以球面标准镜作为参考镜, 结合斐索型透射式干涉机制和长焦距准直测试原理对凹球面大曲率半径光学元件进行面形精度检测, 最大测试口径为Φ226.67 mm, 且球面标准镜和球面标准反射镜同轴共球心, 大幅度减小了测试空腔距离。结果表明, 该系统空腔测试精度PV值为0097λ@6328 nm, RMS值为0013λ@6328 nm, 系统重复稳定性优于λ/500@6328 nm, 可实现曲率半径为7 500~8 500 mm测试, 且大曲率半径测试误差小于1/1 000。