夏克-哈特曼传感器是自适应光学中应用最广泛的波前传感器,它不仅可以测量大气湍流引起的畸变,还可以测量由风、温度变化和机械应力产生的镜面位置误差引起的像差。基于夏克-哈特曼传感器,推导了子孔径斜率与装配误差之间的函数关系,提出了一种基于光学系统失调前后点阵光斑质心偏差信息的计算机辅助装调方法,将装配误差求解问题转换成多目标优化问题,可采用多目标智能优化算法进行求解该问题。以某三反光学系统为例,基于Python和Zemax联合仿真进行模拟装调,仿真结果表明,经三次迭代可将失调误差校正到微米级,这可满足实际装调需求,结果验证了所提方法的正确性。

在同轴三反光学系统成像理论的基础上，通过孔径光阑离轴及平面反射镜折叠光路，设计一个折叠式离轴三反光学系统。全视场范围内，光学系统在奈奎斯特特征频率为62.5 lp/mm处，调制传递函数的设计值优于0.58，成像质量接近衍射极限。基于光学干涉检测技术和计算机辅助装调理论，建立初级像差与光学元件失调量的灵敏度矩阵并分析失调光学系统的像差特性，在此基础上提出具体有效的光学精密装调方案。整机装调后光学系统全视场波像差的均方根值优于1/14λ（λ为波长）。使用相机对准模拟无穷远处的目标，在探测器极限分辨率为62.5 lp/mm处可以成像清晰，性能优异。

为了调节视场较大的卡塞格林望远镜的次镜位置, 提出了两步式灵敏度矩阵模型的计算机辅助装调方法。在分析了传统的二次模型灵敏度矩阵法的缺陷的基础上, 根据灵敏度矩阵的特点加入了精调步骤, 对传统的灵敏度矩阵法进行了改进。针对卡塞格林系统, 分析了各项泽尼克系数与失调量之间的关系, 并对 300 mm口径, 0.6°视场的卡塞格林系统进行了校正仿真。仿真结果显示, 传统的灵敏度矩阵法校正后沿 x、y、z轴偏移及绕 x、y轴倾斜的失调量的均值分别为: -0.0684 mm、-0.0892 mm、0.0015 mm、0.0498°和-0.0444°, 全视场波像差 RMS均小于 0.1λ(λ=632.8 nm); 两步式灵敏度矩阵法校正后的均值分别为 -0.0018 mm、-0.0012 mm、0.0002 mm、0.0008°和-0.0012°, 全视场 RMS均小于 0.03λ, 明显优于传统的灵敏度矩阵法。

以矢量波像差理论中的三级像差理论为基础,提出了一种两反系统装配失调量解算方法。该方法仅采用轴上视场波前像差系数建立失调量解算模型,然后基于球差系数解算间隔误差,并基于彗差和像散系数解算偏心和倾斜误差,大幅提高了解算精度和效率。以某一两反光学系统为例,利用光学设计软件Zemax进行模拟装调,系统轴上视场失调像差系数均减小到10 ^-7数量级,失调误差均校正到10 ^-5数量级,达到了良好的装调效果。最后,利用该失调量解算模型指导两反光学系统的装调,失调量解算精度及装调精度达到了使用要求。Zemax模拟装调结果和实际装调效果均证明了所提方法的正确性。

提出一种基于主成分分析法的装调方案;对理想的离轴三反系统的灵敏度矩阵进行处理,以获得系统失调量对残余像差敏感度的权重值,通过去除敏感度低的调整量来制定合理的装调方案;基于逆向优化法的计算机辅助装调技术原理,进行模拟装调及装调方案的验证。结果表明:采用所制定的装调方案可使装调精度达到10 ^-7量级,调整量从11个减少到6个,装调难度降低,光机结构的稳定性得到提高。

为实现对离轴三反系统快速、有效的装调, 提出了一种离轴三反系统计算机辅助装调(CAA)方法。该方法在理论分析失调后离轴三反系统像差特性的基础上, 结合CAA技术及光学装调的实际情况, 选择出最少且最合理的调整量; 根据检测数据及CAA数学模型直接计算出调整量的大小及方向。采用该方法对一离轴三反系统进行实际装调, 将调整量从11个减少到7个, 利用波前传感器被动式检测方法对离轴三反系统0及±1视场像质进行检测, 通过一次计算调整快速使该系统全视场波像差从RMS≤0.32λ减少至RMS≤0.067λ(λ＝632.8 nm), 结果表明该装调方法简单、有效。