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。

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。

为了研究双透镜和球面镜之间不同球差分配对折反射式补偿器补偿效果的影响, 以三级像差理论为基础, 针对两个不同相对口径的凹抛物面镜, 采用不同内部球差分配, 分别设计了一组折反射式补偿器, 将结果绘制成曲线.从曲线可看出, 当球面镜球差分配系数从0逐渐增大到0.5时, 对应折反射式补偿器补偿能力先增强, 达到极值后下降.球面镜球差分配系数为零时, 球面镜不承担球差, 球面镜变成半径无穷大的平面镜, 折反射式补偿器即变为Offner 补偿器.研究表明, 折反射式补偿器补偿能力强, 但不同内部球差分配对补偿效果影响较大, 合理选择球面镜球差分配系数对折反射式补偿器设计是有利的.

在基于像差理论的基础上，对于超大相对孔径抛物面反射镜，提出了三片补偿镜和一片场镜的零位补偿检验方法，详细论述了补偿检验系统的设计过程，成功地设计了相对孔径为F0．6，口径为φ290mm的抛物面反射镜的补偿检验系统，从整个设计的结果看出，检验系统的像差被很好的校正，完全达到衍射极限。