非球面反射镜通常使用零位补偿器配合干涉仪进行面形检测，因此零位补偿器的加工和装配精度直接决定了检测结果的可靠性。提出一种具备良好通用性的基于计算全息片（CGH）的补偿器误差标定方法。以一块Φ856 mm、f/1.54的双曲面反射镜作为待测非球面镜，首先设计反射式CGH，运用光线追迹法得到CGH的相位函数，使其引入的球差与待测非球面主镜的法线像差相同，再由ZEMAX仿真计算验证该设计的正确性，并根据相位函数加工出主全息。在同一块玻璃基片上设计和加工对准全息带用于标定光路的调整。实验结果表明，所制作的CGH标定零位补偿器的精度达到λ/80。可见对于大口径、快焦比的凹非球面反射镜，所提方法仍然适用，因此可用于指导多数正轴非球面镜的零位补偿器标定。

利用有限远零位补偿方法检验非球面时,装调环节多,检验精度低。提出了无限远前后零位补偿结合的非球面检验系统,通过在待检镜球心前后位置处各放置一个补偿透镜,使像差在前后区间具有相关性。基于像差理论,对两片补偿透镜的光学参数进行了推导求解,分析了初始参量与归一化数据的关系,再利用光学软件对计算结果进行缩放与优化。在不同的前零位补偿透镜放大率下,设计了四个具有不同曲率半径的凹抛物面镜,并给出了非球面镜的最大口径和最大相对孔径。采用具有1/10 口径比的补偿透镜,实现了口径为3.7 m、相对孔径为1/1.2的非球面镜面形检验,面形波前误差峰谷(PV)值优于0.1λ(λ=633 nm)。容差分析结果证明了检验系统的可行性。针对口径为500 mm、相对孔径为1/1的抛物面镜开展了原理实验,从可检验的最大非球面镜口径和实施难度方面对所提方法与常用方案进行了比较,前后零位补偿结合系统的设计面形波前误差PV值为0.061λ,面形波前误差均方根(RMS)值为0.009λ,实现了面形波前误差RMS值优于λ/40的检测精度。前后零位补偿结合的检验系统适用于具有4 m量级大口径、大相对孔径的非球面镜的高精度面形检测。

在大口径、快焦比非球面的补偿检验中，入射光线在短距离内发生大角度急剧折转，导致干涉仪面形检验结果图像产生非线性畸变，严重影响了数控小磨盘抛光的位置精度和误差去除效率。为了校正离轴非球面在补偿检验中产生的图像畸变，提出了一种校正非线性畸变图像的方法，通过同心环带法确定畸变中心位置并利用光线追迹建立被检镜到干涉图的映射关系。针对某一光学系统的520 mm×250 mm的离轴抛物面主镜进行了畸变图像的校正，校正结果面形与工件面形的位置偏差降到1 mm以下，满足小磨盘抛光的工作要求。

研究了自适应补偿器(ANC)中两大补偿器——可变形镜(DM)和部分补偿镜之间的轴向距离标定技术，提出了一种多零位约束方法，利用一块校准镜，通过DM形变实现不同位置的零位检测，从而构建多个测量方程用以限制误差耦合，实现ANC空间间距自标定。通过仿真和实验验证了该标定方法的高精度。该方法摒弃了外部直接测量手段，使得ANC和整体干涉仪的集成化成为可能。

介绍一块Ф1300mmULE材料非球面反射镜的加工与检测方法。采用非球面超声铣磨、机器人研抛等多个工序组合加工技术完成了非球面反射镜的加工。在非球面检测中, 采用大口径三坐标测量的方法进行了研磨阶段的面形检测, 通过Z向滤波的方法对面形拟合过程中的噪点误差进行了处理, 将研磨阶段的面形精度提高至5μm PV值。在干涉仪测量阶段, 采用气囊支撑方法对反射镜的重力误差进行了卸载, 通过非线性误差矫正的方法去除了零位补偿检测所带来的非线性误差, 反射镜的最终精度达到0.016λRMS。试验结果表明, 大口径非球面反射镜各项技术指标均满足设计要求, 所用工艺方法适用于加工更大口径的非球面反射镜及其他类型的大口径非球面光学元件。

针对快焦比特大非球面度离轴非球面反射镜, 设计了3片式Offner补偿器。为应对3片式补偿器对中心偏差及镜间隔严格的公差要求, 设计了相应的补偿器镜筒结构。该结构使透镜中心倾斜及平移调整相分离, 实现补偿器的高精度装调。根据中心偏差测量仪的测量结果, 2片补偿镜之间倾斜误差44″, 平移误差35 μm, 镜间隔误差38 μm; 补偿镜组与场镜之间倾斜误差53″, 平移误差42 μm, 镜间隔误差72 μm, 满足检测使用要求。利用该补偿器及4D动态干涉仪对精抛光阶段的离轴非球面进行检测, 面形结果PVq值达到0135λ, RMS值达到0019 5λ, 优于设计要求。

折反射式零位补偿检验是一种综合了Offner折射式和Maksutov反射式补偿检验优点的凹非球面检验 方法,补偿能力强,检测光路紧凑。大口径和大相对孔径非球面检验是制约其加工质量提高的难题,针对口径为4 m、 偏心率为1、顶点曲率半径为16 m的大口径凹抛物面反射镜,设计了折反射式零位补偿器。基于三级像差理论对补偿器的初始结构进行了 规划和计算,采用Zemax软件对初始结构参数进行了优化,得出了补偿器的最终结构,检验光路轴向尺寸约12 m,系统优化后剩余波相差为0.005λ。设计和仿真结果表明,这种折反射式零位补偿器对大口径凹非球 面镜的加工检测是非常有利的。

介绍了Ф420 mm熔石英高次非球面透镜的加工与检测方法。对现有数控加工工艺进行了优化, 通过分工序加工方式, 依次采用机器人研磨、抛光和离子束修形技术完成了透镜的加工。进行非球面透镜检测时, 考虑透镜的凹面为球面, 利用球面波干涉仪对其面形进行了直接检测, 剔除干涉仪标准镜镜头参考面误差后, 透镜凹面的精度达到0.011λ-RMS; 针对透镜的凸面为高次非球面, 采用基于背后反射自准法的零位补偿技术对其进行面形检测, 其精度达到0.013λ-RMS。最后, 采用一块高精度标准球面镜对加工后透镜的透射波前进行了自消球差检测, 得到其波前误差为0.013λ-RMS。试验结果表明, 非球面透镜各项技术指标均满足设计要求。所述工艺方法亦适用于更大口径的非球面透镜及其他类型非球面光学元件的高精度加工.