为了实现单晶硅反射镜高效低损伤的超精密加工, 研究了基于工件旋转法磨削原理的单晶硅反射镜超精密磨削工艺。通过形貌检测和成份测试的方法分析了该工艺采用的超细粒度金刚石砂轮的组织结构特征, 并对单晶硅进行了超精密磨削试验, 研究了超细粒度金刚石砂轮的磨削性能。通过砂轮主轴角度与工件面形之间的数学关系实现对磨削工件面形的控制。最后, 采用超细粒度金刚石砂轮对Φ100 mm×5 mm的单晶硅反射镜进行了超精密磨削试验验证。试验结果表明, 超细粒度金刚石砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra值小于10 nm, 亚表面损伤深度小于100 nm, 磨削后的单晶硅反射镜面形PV值从初始的8.1 μm减小到1.5 μm。由此说明采用该工艺磨削单晶硅反射镜能够高效地获得低损伤表面和高精度面形。

针对大F数(大于10)微透镜阵列难以制备的现状, 提出了一种制备大F数微透镜阵列的方法.首先采用传统光刻胶热熔法及刻蚀技术制作出成形的微透镜阵列, 再将一层具有较高粘滞系数的光刻胶均匀地涂覆在该微透镜阵列上, 在光刻胶的粘滞作用以及烘烤过程中光刻胶自身表面张力的共同作用下, 微透镜阵列的F数得到提高.采用该方法制备的二氧化硅微透镜阵列的F数达40, 与传统大F数微透镜阵列的加工方法相比, 该方法简便易行、制备的微透镜阵列面形良好, 且只需调节光刻胶的粘滞系数, 即可获得F数不同的微透镜阵列.

针对传统方法抛光高功率激光实验中使用的长焦距列阵透镜单元遇到的检测困难、一致性差等问题，提出了采用环形抛光的新方法。对环形抛光系统的理论分析表明，抛光盘面形可以稳定在球面状态。利用这种特性，环形抛光法可以抛光小曲率球面。阐述了抛光盘面形的调节方法。利用0.69 m 环形抛光机对口径45 mm、曲率半径57207 mm 的列阵透镜单元进行了抛光，结果表明面形精度和一致性均优于平面摆动式抛光法。最后对环形抛光机可抛光的球面曲率半径范围进行了探讨，发现盘面尺寸越小球面抛光能力越强，直径0.8 m 的盘面可抛光的曲率半径可低至10 m。

针对传统方法抛光高功率激光实验中使用的长焦距列阵透镜单元遇到的检测困难、一致性差等问题，提出了采用环形抛光的新方法。对环形抛光系统的理论分析表明，抛光盘面形可以稳定在球面状态。利用这种特性，环形抛光法可以抛光小曲率球面。阐述了抛光盘面形的调节方法。利用0.69 m 环形抛光机对口径45 mm、曲率半径57207 mm 的列阵透镜单元进行了抛光，结果表明面形精度和一致性均优于平面摆动式抛光法。最后对环形抛光机可抛光的球面曲率半径范围进行了探讨，发现盘面尺寸越小球面抛光能力越强，直径0.8 m 的盘面可抛光的曲率半径可低至10 m。

Aiming at the problems such as difficult to mearsure and bad consistency of the surfaces in polishing long-focus lens array elements by conventional method, the new way using continuous polishing machine is proposed. According to the theoretical research of the continuous polishing system, the surface of the polishing pad can keep spherical. The workpieces with small curvature spherical surfaces can be polished with the character. The adjusting methods of the polishing pad surface curvature are elaborated. According to the experiments of polishing lens array elements with aperture of 45 mm and curvature radius of 57207 mm in 0.69 m continuous polishing machine, the element surface accuracy and consistency are both better than using conventional oscillating polishing method. At last, the range of the curvature radius that can be polished in the continuous polishing machine is discussed and find that the smaller the polishing pad is, the stronger the ability of polishing spherical surface is. The radius of curvature which is polished in 0.8 m diameter can be as amall as 10 m.

空间薄膜反射镜由于其具有极低的面密度, 极高的体积包装效率、低的制造成本等优点, 在未来大口径空间光学系统中具有广泛的应用前景。主动面形控制是薄膜反射镜的关键技术之一。按作动器作动的位置不同, 对主动面形控制进行了分类, 分析了各种作动器的特点, 从数学建模和试验验证两个方面对边界作动的主动面形控制和面内作动的主动面形控制的研究进展进行了综述, 重点评述了面形控制的理论模拟方法、已有的面形控制试验设备及所验证的内容, 最后对主动面形控制的研究方向进行了展望。

针对大型激光系统中光束质量低和波前畸变等特点, 采用离子辅助电子束蒸发技术成功实现对多层膜残余应力的精确控制。通过分析氧化铪、氧化硅单层膜残余应力变化规律, 研究了离子源束压、束流参量对膜层折射率、残余应力性质及大小的影响。540 mm×340 mm×60 mm规格大口径传输反射镜面形PV值达到0.5λ(λ=632 nm), 小光束损伤测试情况下, 样品元件的损伤阈值大于30 J/cm2(N-on-1,1 064 nm,5 ns), 利用该技术制备的大口径传输反射镜已获得成功应用。

研制膜基反射镜需要解决的关键技术之一是膜基反射镜的面形控制。对自行开发的基于模糊逻辑控制理论的膜基反射镜面形控制系统的结构和功能作了详细介绍。在前期对均匀载荷作用下膜基反射镜面形控制进行理论研究的基础上，进一步对非均匀载荷作用下口径300 mm、不同F数的膜基反射镜面形控制进行分析和仿真，并与均匀载荷作用下的仿真结果作了分析和比较。结果表明，非均匀载荷作用下膜基反射镜波前误差的均方根（RMS）值比均匀载荷作用下膜基反射镜波前误差的RMS值降低两个数量级。

为了研究大口径反射镜的面形,在广泛调研大口径反射镜应力控制技术的基础上,从理论模型和实验两个方面同时进行。利用ANSYS建立大口径反射镜模型,得到其重力作用下的形变和受力面积变化的DPV-S关系曲线。建立了反射镜面形变化实验验证平台,对垂直放置的反射镜在不同方向上加力,利用干涉仪实测上侧面加压和背部支撑时的形变。实验验证了理论模拟结果,二者相差仅仅0.002μm~0.122μm。结果表明,这对今后进行类似的实验研究提供了值得借鉴的面形检测方法,为寻求优化的大口径反射面形控制装校方案奠定了基础。

为了控制薄膜反射镜面形,建立了静电拉伸薄膜反射镜物理模型。根据静电力与薄膜变形载荷作用力之间的平衡关系和静电拉伸薄膜反射镜成形的复杂过程,介绍了薄膜反射镜静电成形的控制原理;以三等分环状电极为例,分析了静电场中空间电势分布特性,即从拉普拉斯方程推导出静态场势函数的表达式;然后,利用差分与电势方程结合的方法,对单电极电场力和三等分环状电极电场力进行了数值求解;最后,将计算面形与理想抛物面进行了比较,结果显示,单电极情况下得到的薄膜反射镜面形不是理想抛物面,若采用多电极控制可获得更高的控制精度。模拟结果和实验结果表明:多电极控制情况比单电极情况下受力更接近均布力分布,口径180 mm的薄膜反射镜在相同口径单电极控制下,施加10 000 V电压可得到反射镜最大变形为0.001 094 8 mm。系统长时间工作安全稳定,薄膜变形的对称性较好。