应力抛光技术通过在镜面上施加预定载荷, 将包括自由曲面在内的非球面转化为球面进行加工, 对加工镜面的形变进行精准检测是实现高精度应力抛光的关键。利用立体相位测量偏折术对预应力薄镜进行镜面面形和形变检测, 获得被测镜表面的连续相位分布, 结合表面法线唯一性与梯度分布积分, 最终得到被测镜的高度分布和面形。模拟了系统误差成分, 同时采用旋转平均法对系统误差进行标定去除, 保证和提高了测量精度。对一块口径 320 mm, 球面半径 5200 mm的预应力薄镜面形和变形量进行测量, 静态测量结果与三坐标机测量结果对比, 动态应变测量结果与有限元仿真结果对比, 分别一致吻合, 表明本文方法具备微米级的测量精度, 相比于干涉仪和三坐标机更适用于大面形变化的预应力薄镜检测。

波长调谐移相干涉技术是通过改变光波长来计算相位的。为了减少可调谐激光器在变波长进行移相时光功率的随机变化对相位计算产生的误差, 本文提出了一套光强实时反馈控制系统和同步校准方案。首先分析了光强在某一范围内的随机变化产生测量误差, 并选用合适的光电检测设备搭建了一套光强控制系统。该系统能够将光信号转化为电信号, 并通过PID来实现对光强的控制。实验结果表明, 本系统能够将光强的变化范围控制在±0.002 mW以内, 其响应速度达到600 kHz, 已远远超过干涉仪CCD的取图速度。最后, 对口径为50 mm的光学元件进行表面形貌检测, 加入本控制系统后, 面形精度的测量指标PV值和RMS值分别提高了1.53×10-2λ和2.43×10-3λ, 表明本系统在高精度的光学元件检测领域具有重要的实用价值。

条纹反射测量技术具有动态范围大、灵敏度高的特点，通过高精度的系统标定可以获得很高的测量精度。本文研究将条纹反射测量技术应用于离轴非球面反射镜粗抛光阶段的面形检测，使用激光跟踪仪建立检测系统坐标系，然后将相机和显示屏的实测标定数据代入坐标系并在Zemax软件中建立测量装置的理想模型，通过光线追迹得到理想的屏幕像素点位置，采用相移技术可以得到实测时屏幕像素点位置，从而计算得到被测镜面形的斜率误差，最后积分得到检测结果。文中采用该方法对一块SiC 离轴非球面镜进行了实测，并与三坐标测量机的结果进行对比，验证了方法的可行性，可用于指导离轴非球面镜粗抛光阶段的加工。

相位测量偏折术(PMD)是一种结合光线反射原理和条纹相位编码的光学面形检测方法,具有设备简单、成本低廉、稳定抗干扰等优点。但传统的偏折术需要对透明元件后表面进行黑化或粗糙化处理,以避免后表面反射对条纹相位提取的干扰,过程中可能损伤光学表面。分析了PMD面形检测方法用于透明元件检测的数学模型,提出了一种基于多频条纹反射和谱估计算法的新型PMD——多频条纹偏折术,分离了透明元件前后表面反射信号。从数字信号分析角度描述了谱估计方法分离精度的影响因素,并给出了分离结果优化的具体方案。进行了数值模拟和实验验证,取得了与基于相移的传统PMD非常接近的检测结果,证明了多频条纹偏折术的正确性和可行性。实验结果表明,该技术具有精度高、无需改变现有实验装置和待测元件的优点,为透明元件的无损静态检测提供了可靠的方法。

为了提高大口径光学元件面形拼接检测准确度，减少传统子孔径拼接算法带来的误差传递和积累，并在原有全局优化拼接算法的基础上引入权重系数，使全口径内各相邻子孔径之间的重叠区域达到最优匹配，使拼接误差最小化.利用该优化算法对平面进行了多孔径拼接仿真模拟，在此基础上对150mm口径的平面镜进行了实验，并提出基于图像边缘轮廓特征提取的子孔径定位新方法，分析了影响拼接误差的因素.仿真和实验结果均证明了基于权重的全局优化拼接算法的有效性和可行性.

为准确有效地检测大型非球面光学元件的面形，研究了接触式测量光学元件的测量点分布方式。使用不同密度的径向分布及均匀分布的测量点分别对以不同Zernike多项式表示的面形偏差进行采样，然后计算采样所得面形相对给定面形PV值及RMS值的最大相对误差，并对计算结果进行了分析。对1.8 m抛物面镜面形实测结果表明：在镜面加工的成型及粗磨阶段，由于面形偏差主要呈旋转对称分布，低密度径向分布测量点即可满足继续加工的检测需求；在精磨及初抛阶段，面形偏差主要为像散或其它非对称面形偏差，测量点均匀分布是提升测量精度的有效手段。此分析方法可以指导测量点的排布方式，从而确保由测量点分布引入的测量误差小于镜面本身面形误差的1/5,提高检测效率。

为了同时对长焦透镜的面形和焦距进行高精度检测，提出在Zygo干涉仪的球面光路中加入一个二元衍射元件作为检测件的计算全息法。 首先对计算全息法检测长焦透镜的面形和焦距进行了理论推导，并给出焦距误差公式。在Zemax中使用在平面基底上制作的二元衍射元件对一个长焦透镜的面形和焦距进行了模拟检测，其中对该长焦透镜面形的干涉检测PV值为0.003 4λ，对焦距的检测精度为-0.11%。最后详细分析了两类误差对检测结果的影响，其中光学元件的位置误差影响不超过0.1λ；二元衍射元件的制造误差影响约0.01λ，在具体制造过程中，其径向位置误差和台阶误差可分别在2 μm和5 nm之内。在综合考虑各项误差的情况下，该方法的检测精度仍然可控制在2λ/25之内。

介绍了数字刀口检测原理,建立了检测装置,编制了运算软件,对φ125～150mm口径的球面镜进行检测,获得了面形分布.通过与干涉仪测量结果相比较,验证了数字刀口检测方法的可行性,为镜面误差的加工修正提供了依据.