提出一种可用于非球面面形检测的同步环带子孔径干涉（SASI）检测方法。该方法利用双焦点透镜形成两个测量波前来匹配非球面不同子孔径区域，进而实现非球面的同步环带子孔径干涉测量。分析SASI检测非球面面形的原理，确定双焦点透镜的焦点间距选取原则，建立子孔径的基准统一模型，通过光学追迹软件辅助建模和坐标变换实现子孔径基准统一与非球面面形重构。结合实例对一个口径为90 mm、顶点曲率半径为317 mm的抛物面进行面形检测实验，SASI方法面形重构结果与Luphoshcan方法检测结果的对比，验证了SASI方法的正确性。该方法在一定程度上扩大了干涉仪直接检测非球面的动态范围，且无需复杂的运动机构就可以同步得到被测非球面两个子孔径区域的干涉图样，加快了检测速度、降低了运动误差对测量精度的影响。

将半反半透透镜应用于非球面检验。半反半透面和待检验面作为透镜的两个面,空间上相互靠近。半反半透面实现光线自准,同时也对波前进行补偿。这样,既消除了中心遮挡,又可以减小光学系统的尺寸,同时也增强了检验的能力。根据三级像差理论对这一方法进行了推导,进而给出了从待检面的参数得到检验系统参数的方法。根据这一方法设计了一个口径300 mm, 焦 距1200 mm 凸反射镜的检验光路,通过光学设计软件ZEMAX进行优化,优化后系统的波像差小于1/(100 λ), 满足光学检验的要求。

为实现小口径Hindle透镜对大口径凸非球面的高精度检测,提出了一种新的凸非球面 无光焦度双透镜Hindle检验方法,通过加入无光焦度校正透镜有效解决了传统Hindle检验的不足。对口径180 mm、半径380 mm、 偏心率2.8的凸非球面进行了设计分析,分别给出了不同光焦度分配及不同无光焦度双透镜 间距时系统的残余波像差曲线图,得出较优的系统残余波像差为0.0006λ,验证了该方法的可行性。

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。

光学非球面面形的非零位检测较零位检测而言具有更强的通用性。详细分析了非球面非零位检测中回程误差的产生机理，结合校正方法将其分为可预知回程误差和不可预知回程误差两部分，分析其对最终检测结果的影响。然后介绍了实际检测中常用的回程误差校正方法的原理，通过仿真实验对比各种方法对不同非球面度、不同面形误差大小的被测非球面的校正效果，并结合方法原理和仿真结果分析了不同方法的回程误差校正能力，总结其适用范围。

为解决高精度检测非球面反射镜的难题, 提出利用Zygo干涉仪完成非球面环形子孔径检测。通过移动待测非球面, 使得由干涉仪产生的参考球面波, 以不同的曲率半径匹配待测非球面的各个环带区域, 分别测试每个环带, 进而完成对整个非球面的拼接检测。以双曲面反射镜为例进行拼接检测, 并搭建辅助光路, 利用无像差点法对拼接结果进行验证。验证结果表明: 该方法测量误差小于1/20 λ(λ=632.8 nm)。

零位补偿检验是现代光学用于检测非球面的主流方法。根据实际检测需要，提出既可进行补偿检验，又可进行干涉检验的一种新型干涉零位补偿检验方法。干涉零位补偿检验的原理是：在零位补偿检验的基础上，将零位补偿系统的第一面改为与激光点光源同心的参考面，从同心参考面反射回来的参考波面与通过零位补偿检验系统的待检非球面反射回来的待检波面相干涉实现干涉零位补偿检验的目的。依据三级像差理论，设计了零位补偿检验的光学系统，给出像差理论分析和实际设计评价结果，当待检非球面镜的孔径角2u 小于1 4.5 时，系统的剩余波像差优于λ/170 。通过对该方法进行原理性实验，充分证实，干涉零位补偿检验是行之有效的。

随着非球面反射镜口径和顶点曲率半径的增大，传统的非球面几何参数测量不能满足要求。为实现非球面几何参数的高精度测量，针对广泛应用的补偿器检测非球面光路，开展了几何参数分析和测量方法研究。将二次常数和顶点曲率半径的理论近似误差关系与Zemax仿真进行对比验证，确定了测量需求及数据复核方法；阐述了采用激光跟踪仪测量几何参数的基本原理，说明了特征转换过程及建模、数据处理方法。测量实验结果表明，对2 m量级的测量光路，顶点曲率半径的重复性测量精度±0.039 mm，二次常数的重复性精度±2.05×10-5，离轴量的重复性精度±0.055 mm。说明采用该方法能够有效实现非球面参数的测量，并具有很高的重复性测量精度，适合大口径、长曲率半径非球面的几何参数测量。该方法绝对检测精度需要进一步分析。

介绍了非球面各加工阶段的面形检测技术及其最新进展，重点介绍了非球面精密抛光期的面形检测技术，并对其中的非零位子孔径拼接干涉检测法和部分补偿法进行了详细阐述，提出了适用于大口径、深度非球面面形检测的组合干涉法的概念。概述了近年来受到关注的自由曲面非球面的发展和检测技术现状，展望了非球面检测技术的发展趋势。

非球面光学元件检测中，获得准确的面形信息是实现元件确定性制造的关键因素之一。在无像差点法检测离轴非球面中，为了实现反射镜的高精度检测，对其干涉检测结果中的误差信息进行了分析。利用偏心光学系统的波像差分析方法，分析了在非球面检测系统中，被测镜的调整误差对系统波像差的影响，建立了调整误差分离的数学模型。利用该模型对离轴非球面反射镜进行实际的调装实验，经过四次调整，被测离轴二次非球面的最终检测的方均根结果为0.037λ (λ=0.6328 μm)，有效地提高了检测效率。