超精密测量是光学制造的前提。高精度的光学面形测量仍然遵循零位检验原则，计算机生成全息图（CGH）是自由曲面等复杂面形零位检验所必需的补偿器。为此，面向制造过程，重点论述CGH补偿检验原理及其衍射级次的鬼像干扰、投影畸变校正、测量不确定度与绝对检验问题，探讨CGH补偿检验的局限与应对方法。针对制造过程中产生的动态演变局部大误差的测量难题，论述子孔径拼接测量、自适应补偿干涉测量方法，探讨加工原位干涉测量进展。最后，从超高精度测量与溯源、混合光学零件的宏微跨尺度测量、自主可控面形测量仪器及其原位集成三个方面对光学面形测量技术发展进行展望。

抛物镜归一和重整化后的Offner补偿器设计可以被认为是在参数空间寻优的确定化问题。通过构建抛物镜Offner补偿器优化结构实例，获得其评价函数在参数空间的分布，得到Offner补偿器设计结果参照图谱，提出一种对补偿器设计初始结构选择和性能评价的方法，结果揭示了该问题可以通过数值方法得到较好解决。

Ф1.3 m凹椭球面反射镜是某遥感器光学系统的主镜, 其定心精度要求苛刻。由于该反射镜口径大、顶点曲率半径长, 利用定心仪法进行定心的实现难度大, 精度低。通过分析非球面的两种偏心之间的补偿现象, 可知激光跟踪仪接触测量定心的精度仅为0.15°。三坐标仪接触测量定心的精度能够达到0.005°, 不过其量程受限, 且在光学加工时的反复搬运会造成不便。利用Offner零位补偿检验光路进行干涉法定心, 干涉法将反射镜偏心转换为检测系统波前的初级像差, 同样可以达到0.005°的精度。该检测方法的误差来源主要是干涉仪焦点位置误差, 是系统误差, 可以通过旋转反射镜进行多次定心测量的方法予以消除。完成了该反射镜的定心, 其结果与三坐标仪的测量结果对比, 两种偏心的最大偏差仅为0.023 mm和0.002°。实现了大口径凹非球面反射镜的原位定心测量。

为达到高分辨率以及像面照度要求，大口径非球面反射镜在空间红外系统中被广泛使用。设计了针对口径 550 mm、F/1.2非球面的补偿器，基于三级像差理论分析计算了补偿器的初始结构参数。利用 ZEMAX软件对补偿器进行了优化设计，最终所得补偿器的设计结果满足非球面检验要求。对补偿器结构参数进行了灵敏度及公差分析，结果表明该补偿器可用于实际加工检验。

本文提出了一种新型、易于用传统光学干涉仪测量的非球面。该非球面的检测主要基于Zemax光学程序软件设计的多重配置特性。第一配置为易于测量非球面, 第二配置为采用平行平面玻璃板或单透镜作为零位校正器, 用于检测第一配置的非球面。本文通过一些实例, 说明了易测量非球面检测技术的应用和优势, 证实了与圆锥或普通非球面相比, 易测量非球面更易于操作与检测, 同时有利于减小光学像差。

为实现对凹非球面的高精度检测,提出并设计了一种二元纯相位型双计算全息图。设计的双计算全息图由主全息和对准全息两部分组成,分别用于检测非球面和精确定位主全息。介绍了双计算全息图的工作原理及其设计方法,并给出了一个检测Φ140、F/2抛物面反射镜的双计算全息图设计实例,实验得到的均方根(RMS)误差为0.062λ。通过分析对准全息的误差,推导出主全息的条纹位置畸变误差,最后计算出其综合误差为0.06λ。为验证实验结果的可靠性,将其与平面镜自准直检测结果(ERMS=0.062λ)比较,结果二者吻合良好。