为降低小口径反射镜在复杂环境下的面形误差, 满足其动静态刚度和热稳定性要求, 通过选用合适的空间载荷材料, 对反射镜进行轻量化设计, 合理设计可装调的反射镜挠性支撑组件, 采用ANSYS对反射镜组件进行有限元分析。分析结果表明: 组件一阶固有频率是3 168.5 Hz, 在1 g重力作用下反射镜面形误差RMS值可达8.06 nm, 在10℃温升载荷作用下RMS可达5.58 nm, 在1 g重力和10℃温升载荷耦合作用下RMS值可达11.05 nm, 组件在10 g加速度作用下最大应力是2.109 8 MPa, 简谐激励作用下最薄弱环节最大响应应力为1.284 6 MPa, 均完全满足反射镜组件设计指标要求, 验证了支撑结构设计的合理性。

为了降低较为昂贵的镜面抛光和光机装配费用, 以及应对温度、重力及其他意外因素导致的镜面低阶像差, 一种在被动浮动支撑结构上施加力矩以实现面形实时校正的力矩促动器在部分望远镜上已有成熟应用。本文旨在针对我国未来的大口径地基光学望远镜, 对其拼接子镜力矩促动器的分布进行优化与设计。根据工程经验和参考文献初步确定力矩促动器所需的校正能力, 通过三维建模软件对拼接子镜及镜室进行建模, 最后通过有限元仿真和最小二乘法拟合对力矩促动器的布局进行优化设计。计算结果表明, 采用18个力矩促动器的分布方案能够对离焦、像散、彗差和三叶像差进行良好的校正。对于具有数百面子镜的拼接望远镜来说, 18个力矩促动器方案在满足光学设计需求的同时, 有效节约了建设经费并降低了工艺的复杂性。

介绍了产生结构非线性的主要来源与接触理论，对平面反射镜组件建立了合理的有限元模型.利用接触非线性分析方法分析了小重锤(m=0.18kg)在不同下落高度冲击销钉而对锥孔造成的法向压力；随后，将不同锥孔法向压力对镜面面形精度的影响进行了非线性和线性分析；然后，进行了空间平面反射镜的成像实验.分析与实验结果表明：采用非线性分析得到的面形精度比线性分析更接近实验值，非线性分析与实验值之间的最大误差为8.6%.由此对该空间平面反射镜组件提出了合理的销钉预紧方案，即小重锤最大自由下落高度不超过25mm.

基于等效应力法分析了温度变化对反射镜面形准确度的影响.对反射镜粘接处施加一定量的径向强迫位移约束, 使其受到与热应力大小一致的应力作用, 在该强迫位移约束下反射镜面形变化与热应力作用下反射镜面形变化基本一致.对直径为70 mm、厚度为15 mm的反射镜进行粘接实验, 用ZYGO干涉仪测定温变前后反射镜的面形变化.当温度由20℃降到16℃时, 反射镜面形峰谷值和均方根值的变化量分别为0.005λ和0.002λ(λ=632.8 nm), 理论计算的峰谷值和均方根值变化量分别为0.004λ和0.002λ；当温度由20℃升高到30℃时, 反射镜面形峰谷值和均方根值变化量分别为0.013λ和0.006λ, 理论计算的峰谷值和均方根值变化量分别为0.012λ和0.004λ, 实验值和模拟分析值基本一致.

柔性铰链与高准确度驱动器的结合是实现光学元件轴向精密调节的重要方法.本文介绍了一种采用柔性铰链的轴向精密调节机构，推导并得出了其实现精密调节的原理.通过对应用柔性调节机构的一种典型光机系统的刚度分析，得到在不超过柔性铰链材料屈服应力情况下，光学元件的最大轴向位移可以达到200 μm以上; 同时，对一种典型参量的柔性结构做了模态分析，得到其一阶固有频率为185.1 Hz，证明了调节机构的固有频率满足工作要求.分析了驱动力在此种轴向调整机构中对镜片面形的影响，结果表明: 调整机构在接近最大允许驱动力作用下对镜片面形影响为4.41 nm，说明其对光学元件的面形影响较小.该研究结果为柔性光学元件轴向调节机构的应用提供了有力依据.

大口径光学元件的支撑技术是精密光学仪器的关键技术之一, 在精密光学仪器的光学元件支撑中, 多弹片支撑因其能使光学元件均匀受力且能够较好的消除热像差而得到很多应用。本文针对一种 L形多弹片光学元件支撑结构做了结构设计, 并对通过相应的理论推导, 得到其力学性能与主要几何参数的关系; 以一种典型镜片为例, 对镜片在三十六点支撑方式下发生的轴向位移和镜片面形的变化做了分析, 得到了轴向位移和镜片面形与弹片的三个主要几何参数的关系。结果表明, 在通光口径允许情况下, 可以使支撑点距离中心的距离和弹片的宽度缩短以使镜片的面型变好。本文的研究结果为这种支撑结构的实际应用提供了支持和参考。