为了研究温度对大口径SiC反射镜镜面曲率半径和面形RMS值的影响，针对某空间相机2 m口径SiC主反射镜建立了有限元模型，分析了均匀温度场、轴向温度梯度以及径向温度梯度对反射镜曲率半径变化量和面形RMS值的影响程度和规律,通过理论分析和试验验证了仿真结果的准确性。结果表明：温度梯度对反射镜曲率半径和面形RMS值的影响远远大于均匀温度对其的影响，曲率半径变化对轴向温度梯度最为敏感，面形RMS值对径向温度梯度最为敏感。1 ℃轴向温度梯度引起的曲率半径变化比相同均匀温升引起的曲率半径变化量大48倍。±1 ℃径向温度梯度引起的面形RMS值可比相同均匀温升引起的面形RMS值大202倍。在确定反射镜热控指标时，必须考虑轴向温度梯度和径向温度梯度对稳定性公差的影响。

为了分析径向温度梯度对轻量化反射镜面形精度的影响, 以某空间相机2 m口径轻量化反射镜为研究对象, 建立了反射镜有限元模型, 分析了不同分布形式的径向温度梯度对轻量化反射镜面形RMS的影响程度, 通过试验验证了仿真方法及结论的准确性, 研究了不同轻量化结构与径向温度梯度对反射镜面形精度的耦合影响。结果表明: 不同分布模式的径向温度梯度引起的面形RMS值最大可相差294倍, 且径向梯度引起的面形误差无法通过优化反射镜支撑方案的方式使其减小。不同轻量化结构的反射镜面形精度对不同分布模式的径向温度梯度敏感度不同, 三叶式削边和对称式削边的轻量化方式在特定径向温度场分布模式下, 会对反射镜热稳定性产生极不利影响。

光学镜面的变形包括刚体位移和面形误差(表面畸变)，分析刚体位移和面形误差对于评价光机系统的环境适应性、空间位置稳定性和成像质量具有重要作用。根据坐标转换法去除镜面变形中的刚体位移，论述了曲面拟合、法线方向和光轴方向三种面形误差统计方法的原理并进行了深入比较，针对不同重力及温度工况计算了镜面面形误差的均方根(RMS)值及峰谷(PV)值。引入镜面弥散斑RMS 半径并将其作为面形误差大小的光学评价标准，通过三次插值算法生成栅格矢高面，在ZEMAX 软件中建立了高精度的镜面面形误差光学模型，最后采用面形误差的RMS 值及PV 值与弥散斑RMS 半径之间的线性关系考查了三种面形误差统计方法的光学性能。研究结果表明：曲面拟合法统计的面形误差信息不完整，适用于镜面面形方程参数不发生明显改变的工况。法线方向和光轴方向两种统计方法统计的面形误差信息完整，可以全面地衡量光机系统的成像质量。

针对附加像差为离焦模式的相位差异波前探测技术在实际工程应用中遇到的各类误差问题，以探测拼接型望远镜的共相误差为例，通过数值仿真对焦面位置误差、离焦量误差、图像对准误差、曝光延时误差及噪声误差对波前探测精度的影响进行了定量分析。并提出了通过改进相位差异算法进行消除相应误差项的方法，使得波前探测的均方根误差分别由校正前的0.06λ、0.0581λ、0.0754λ、0.0796λ、0.0737λ 分别下降为5.8834 × 10^-4 λ、6.664 × 10^-4 λ、3.5853 × 10^-5 λ、6.1837 × 10^-5 λ、0.0013λ, 且对于各误差项在较大误差范围内，仍可以保持上述相同量级的波前探测精度。结果表明:该方法可以有效地消除误差,大幅度提高波前传感精度，对于相位差异波前探测技术在实际工程中的应用具参考意义。

太阳能聚光系统接收面能流密度的均匀性对系统的性能及转换效率有着重要影响。为了提高聚光系统接收面上能流密度分布的均匀性，提出了一种对聚光系统接收器的布局及几何形状进行设计和优化的方法。该方法通过蒙特卡罗光线追迹法确定聚光系统接收面上的辐射能流分布，同时考虑了太阳形状。建立了以接收面口径大小为约束，以接收面辐射能流密度分布均匀度最高为目标的优化模型，并利用Kiefer-Wolfowitz 随机逼近算法进行求解，从而实现了系统的优化。对二维抛物柱面聚光系统实例进行设计优化，在接收面上获得了光强的最佳均匀分布，同时能保持78.25%的高能量接收率，证明了该方法的有效性。该优化方法相比传统的试凑法计算效率高，并且得到的设计结果更接近最优解。