为攻克高陡度球面光学零件成型技术，以半球及超半球红外光学整流罩为研究对像，提出了一种子孔径铣磨加工方法。对传统范成法铣磨成型理论进行拓展，将球面离散为一系列子孔径环带，砂轮沿环带“步进”运动，拼接成型得到完整的球面。分析了成型球面与三轴机床位置坐标之间的转换关系，对加工运动轨迹进行仿真，开展半径误差补偿验证实验及变速进给参数优化实验，提出变半径铣磨法解决超半球加工材料过切问题。对长径比分别为0.5（半球）和0.55（超半球）的热压硫化锌、镁铝尖晶石整流罩开展成型工艺试验，加工表面各点矢高差<4 μm，表面粗糙度Ra<1.5 μm。实验结果表明：该方法为高陡度球面加工提供了有效的解决方案。

计算机控制光学表面成形技术(CCOS)广泛应用于反射镜的研抛过程，其去除函数通常选用去除效率高、去除稳定的近高斯形函数，但在加工过程中容易出现边缘翘边现象，严重影响反射镜的加工效率和面形收敛率。针对CCOS研磨过程中出现的边缘效应问题，提出一种应用于多自由度机械手的无偏心加工技术，对无偏心工具头的去除函数进行了分析，采用控制变量法研究加工压力、磨头转速和驻留时间等工艺参数对去除效率的影响，并对无偏心盘修边效果进行了试验验证。结果表明，通过对加工压力、磨头转速、磨盘悬挂比以及加工区域等加工参数进行合理调控，无偏心盘可以对翘边进行有效去除，且加工后面形平坦，可以很好地解决边缘效应问题。最后，针对研磨阶段提出了新的工艺流程：采用有偏心修形和无偏心修边相结合的工艺加工方式，可以快速提高反射镜面形加工的收敛效率，实现高效、高精度加工。

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。

行星研磨技术由于提升磨削接触点相对速度，能够有效提高材料去除效率。但由于传统研磨盘不均匀磨损，导致研磨盘形状持续改变，从而影响了研磨过程中去除函数的稳定性和准确性，限制了该技术的应用。本文针对基于小磨头行星运动方式，通过建立构建磨损函数，预置研磨盘曲率半径，使研磨盘满足在加工单周期后各点去除量相等，从而提升去除函数稳定性。通过实验验证，研磨去除函数与模型仿真计算结果一致，验证了模型的准确性，利用优化后的研磨盘可获得高效稳定的去除函数。采用直径40 mm SiC研磨盘研磨SiC工件，实验结果表明：对比加工前后研磨盘磨损情况，面形变化小于1%，符合均匀去除要求；对比多组不同研磨阶段去除函数，体积去除率误差小于2.3%，满足光学研磨去除函数稳定性要求；在公转100 r·min^-1，自转-100 r·min^-1条件下，体积去除率达到6.879 mm³·min^-1，比同样参数下的平转动研磨提高了40.9%的去除量。证明了行星研磨技术能够通过参数设计获得高稳定性的高效去除函数，为行星运动研磨技术应用于SiC镜片高效加工提了供可靠的理论指导。

光学薄膜元件的面形偏差会导致高精度激光系统中传输光束发生波前畸变，严重影响光学设备的性能。传统的面形偏差控制技术是采用双面镀膜，但需要反复抛光基片以获得高精度面形，这会大大增加研制成本，限制该方法的使用。文中基于离子束溅射沉积技术，采用薄膜应力形变模型预测镀膜后面形变化情况，然后对待镀元件的镀膜面预加工出与变形方向相反的面形，来补偿镀膜后膜层应力造成的薄膜元件变形，最后在预加工好的基片上制备超低面形的宽带高反膜，实现了在550~750 nm的工作波长下反射率R≥99.5%，面形PV≤0.15λ@632.8 nm。此项技术是通过标定薄膜材料的力学参数，预测在相同工艺条件下任意多层膜的面形变化，实现在超宽光谱设计的同时引入力学同步设计，制备出满足光、力双重指标的高质量光学薄膜。