凸非球面反射镜在反射式光学系统中的应用非常广泛，但其面形高精度检测一直是光学制造领域的难题。为了实现小口径、深度凸非球面的面形高精度检测，提出了一种基于计算全息图（Computer Generated Hologram，CGH）的零位干涉检测技术。首先，详细阐述了该技术的检测原理和方法，给出了计算全息中补偿测试全息和对准标记全息设计过程中的技术要点；然后结合工程应用，针对口径15 mm、顶点曲率半径11.721 mm、非球面度达到72 μm的深度凸非球面，设计并制造了相应的CGH补偿元件，完成了相应零位干涉检测系统的搭建和检测实验；最后，与Luphoscan的检测结果交叉对比，验证了该检测方法的准确性。该技术为小口径凸非球面的高精度检测提供了一种有效的方法，具有显著的工程应用价值。

为了实现大口径凸非球面的高精度检测，提出了将子孔径拼接检测法和计算全息补偿检测法相结合的检测方法。由于其中心的非球面度较小，采用球面波直接检测；而外圈的非球面度较大，采用子孔径拼接和计算全息混合补偿的方法进行测量，再通过拼接算法将中心检测数据和外圈检测数据进行拼接从而得到全口径面形。结合实例对一块口径为540 mm的大口径凸非球面进行测量，并将检测结果与Luphoscan 检测结果进行对比，两种方法检测面形残差的RMS值为0.019λ，自检验子孔径与拼接结果点对点相减后的RMS值为0.017λ。结果表明该方法能够实现大口径凸非球面的高精度检测。

随着红外技术的不断发展，空间大口径红外光学元件的需求日益增长，其各项制造指标也逐渐接近可见光级光学元件的制造要求，由此对新型空间红外光学元件的加工和检测技术均提出了更高的挑战。针对大口径的高陡度超薄硅基红外透镜，提出了以超声铣磨-机器人研抛-离子束精抛为工艺链路的加工方案，改善了传统红外工艺路线存在的低效率、表面高频误差等问题。针对凸非球面轮廓检测中支撑引起的测试误差，在粗抛和精抛阶段分别采用了柔性缓冲支撑与三点强迫位移支撑方法，有效解决了大口径高陡度超薄透镜测试中的支撑变形问题。经过理论仿真与实验验证，证明该测试方法具有较好的一致性。通过改进的轮廓检测方法，实现了轮廓测试中支撑误差的准确分离，有效提升了加工的极限精度。最终大口径红外透镜凸非球面加工精度达RMS λ/50 （λ=632.8 nm），满足设计指标要求。

针对现有小尺寸集群损伤修复及检测技术仍不完善的问题，重点研究亚表面缺陷多模态原位检测方法，从损伤样件表面损伤数量和尺寸、典型小尺寸损伤的形貌、光热吸收、荧光面积等多项指标进行了系统测量和分析，并开展了磁流变修复研究。研究结果表明：熔石英小尺寸损伤内部的吸收性杂质是影响元件性能的主要因素，在磁流变缎带接触到损伤底部前，损伤的整体吸收和荧光分布呈上升趋势；高重频激光对磁流变修复后的损伤辐照过程是一个由慢变快、由杂质到本体、由边缘逐渐向外扩张的过程，能够有效对磁流变修复后的表面进一步起到修复作用，可作为组合修复工艺的第三道工序。研究结果对光学元件检测表征体系的构建提供参考。

计算机控制光学元件面形修复（Computer Control Optics Surfacing, CCOS）需要通过计算驻留时间，反复迭代，从而得到更小的误差。因为干涉测试过程中边缘面形测试的条件限制，只能得到更小孔径的误差分布图，所以面形的预测性延拓是磁流变抛光、离子束抛光等加工方式的基础技术。基于面形误差的相似性和边缘误差的连续性为出发点，开发了采用基于Zernike拟合和Laplace方程配合的方法进行光学元件面形误差边缘延拓技术。开展了相关理论分析，设计相关算法并实现了延拓过程，延拓结果符合面形相似形和连续性的加工要求，采用直接法和残余误差计算方法对延拓结果进行评估，结果证明了延拓方法的有效性。

为提高离轴三反消像散（TMA）光学系统中次镜的制造效率和精度，开展了离轴凸非球面反射镜组合加工和零位检测的研究工作。首先，介绍了方形(298 mm×264 mm)高次离轴凸非球面反射镜的光学参数、技术指标和总体加工路线；其次，提出了铣磨加工工艺策略以及基于气囊和沥青的小磨头组合加工工艺；最后，阐述了光学零件抛光阶段采用的背部透射零位补偿检测法和Offner型零位补偿器，并采用光线追迹法对镜片的零位补偿检验面形畸变进行了矫正，最终面形RMS值为0.025λ（λ=632.8 nm），满足技术指标要求。上述组合加工工艺和背部透射零位补偿检测方案可以显著提升高次离轴凸非球面反射镜的加工精度和效率。

硒化锌晶体作为常用的红外晶体材料，广泛应用于红外光学系统中。为了提高硒化锌晶体的加工质量及加工效率，提出了将磁流变抛光（MRF）与传统数控抛光(CCOS)技术相结合的方法，通过多组正交实验配置硒化锌晶体的磁流变抛光液，对一块口径为50 mm的硒化锌晶体展开磁流变抛光，再针对磁流变抛光后的表面痕迹进行传统数控抛光，在正压力为0.05~0.1 MPa范围内，经过30 min均匀抛光，硒化锌晶体的表面粗糙度由3.832 nm降低到1.57 nm，粗糙度得到明显改善。该方法有效提高了非球面硒化锌晶体的加工效率并改善了加工后的表面质量，对硒化锌晶体的非球面超精密加工具有重要的参考价值。

对于传统蜂窝夹芯结构的反射镜，因加工过程中网格效应的存在，反射镜的面板厚度和蜂窝尺寸之间彼此关联制约着，严重影响反射镜的轻量化设计。针对蜂窝夹芯结构的超轻ULE反射镜，提出了一种充气平衡式减小网格效应的加工方法，运用控制变量法，通过实验比对了正常加工和充气平衡式两种研抛状态下网格效应的变化。实验结果表明：当反射镜面形精度RMS达到1/10λ （λ=632.8 nm）以上时，正常加工的面形图存在明显的网格效应，而充气加工则没有，可见反射镜内部充气可有效平衡加工压力，使反射镜在加工过程中有筋区域和无筋区域的变形趋于一致，从而有效减小网格效应。

非球面光学元件具有更大的自由度和灵活性，广泛应用在航空航天、微电子装备、光学精密测量、激光光学等诸多领域。光学元件表面缺陷将影响光学系统性能，而表面缺陷控制需要相应检测手段，高分辨率、高精度、高效率光学表面缺陷检测仍存在技术挑战。文中综述了光学元件表面缺陷类别、评价标准及检测方法，重点探讨了非球面光学元件表面缺陷检测技术及其应用范围，分析比较了各种方法的优缺点，最后对表面缺陷检测技术发展趋势进行了展望。

为缓解基于可变形镜（DM）的自适应自由曲面干涉仪存在的固有矛盾——不能同时兼顾大动态像差补偿与DM形变监测范围，前期提出了循环利用DM形变量去产生大畸变波前的自适应环形补偿器（ARCC），并得到了初步验证。为了推广其在自由曲面自适应检测中的应用，并结合校正光学系统的自由曲面多为低阶像差面的现实问题，对ARCC的低阶像差补偿特性做出了必要验证和研究。首先，通过Zemax建模对比了ARCC和传统单次往返补偿器(TSRC)对于像散、彗差和球差的补偿能力，得出ARCC补偿像散和彗差的能力近似为TSRC的2倍，补偿球差的能力也要显著大于TSRC，验证了ARCC的低阶像差补偿优势；其次，研究了ARCC的低阶像差类型补偿规律，得出ARCC结构中DM上的像差类型与补偿给被测面的像差类型是“一对多”或“多对一”的关系。结果证明：在实际中分别使用ARCC和TSRC对4块低阶像差自由曲面进行补偿验证，同样的DM形变量下，与传统补偿结构相比ARCC展现出更加出色的低阶像差补偿能力。