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。

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。

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。

近年来, 大口径、大非球面度、快焦比、高次非球面光学元件在天文光学、空间光学和地基空间目标探测与识别等领域得到了越来越广泛的应用。目前对此类光学元件的检测一般采用零位补偿法或消回程误差的非零位检测法。其中消回程误差的非零位补偿法处理过程复杂, 缺乏检测直观性, 且测量精度无法保证, 故在针对一些面形精度要求非常高的镜面时并不适用。以口径为1020 mm、焦比为1/0.5、非球面度为1.8 mm、高次项达6次的凹高次非球面反射镜检测为研究基础, 提出了分阶段设计零位补偿检验光路的新思路, 以满足此类镜面在粗抛、精抛、干涉仪检测等不同研制与检验阶段的需求。最终检测面形精度达到了λ/50。

椭球形窗口的检测技术严重阻碍其成功应用。首先简要介绍了目前普遍使用的非球面检测技术，并针对椭球形窗口大倾斜、大偏心、深非球面的特点，基于零位补偿检测法原理，设计了一种适合椭球形窗口检测的改进型Offner零位补偿检测系统。检测系统包括补偿镜、场镜和标准球面参考镜，检测系统工作原理为：干涉仪出射平行光线通过补偿镜及场镜产生修正波前，通过椭球形窗口照射到标准球面反射镜，并按原光路返回与参考光线干涉，其干涉结果显示出椭球形窗口的面形偏差。实现了对椭球形窗口的高精度全口径一次检测并给出了完整的设计结果。检测了长径比为1.0，口径为110 mm的椭球形窗口，其波前残余波像差均方根值为0.0052λ。设计结果为实际使用提供了一定的参考。

子孔径拼接技术与补偿检验技术的结合能够增加干涉仪的横向和垂直动态测量范围，适用于大口径、大非球面度的非球面的面形测量。利用一对相向回转的Zernike相位板作为近零位补偿器，产生可变的像差，补偿不同非球面在不同离轴位置的子孔径像差，使其剩余像差减小到干涉仪的垂直动态测量范围内。通过计算两个待测非球面的子孔径像差，求解Zernike相位板的相位函数；同时结合四台阶刻蚀工艺和载频技术，成倍提高衍射效率并隔离干扰衍射级次的影响。以同温层红外线天文台(SOFIA)望远镜的凸双曲面次镜和凹非球面反射镜为例，验证了该近零位补偿器实现不同非球面的子孔径像差补偿的能力，表明其具有良好的面形适应性。