对采用分块拼接式主镜的大口径空间望远镜，有必要研究适合在轨应用的共相位误差校正方法。以像清晰度函数作为评价函数，通过仿真分析了单色光和白光照明2种情况下分块镜共相位误差与评价函数的变化关系。仿真结果表明：采用单色光照明时，分块镜平移误差校正的动态范围小于0.5 λ；采用白光照明时，评价函数存在局部极值，必须采用全局最优化算法。仿真结果表明，当平移误差大于0.5 λ时，采用随机并行梯度下降(SPGD)算法易陷入局部极值，而采用遗传算法(GA)可以搜索到全局最优解，但迭代速度较慢。提出了采用基于SPGD算法和遗传算法的混合优化算法校正分块镜共相位误差。当平移误差在[-λ, +λ]范围内时，混合优化算法的校正精度可优于10 nm。

为了实现合成口径非球面系统共相位，提出一套测试拼接方法。对抛物面系统面形进行曲面拟合，建立面形坐标矩阵，根据三维坐标变换矩阵直接计算出子镜平移偏摆调整量达到合成口径共相位，计算机上模拟调整得到拼接系统精度与设定精度相当。搭建了一套测试拼接系统，使用红外双波长相移干涉仪检测Φ 600 mm 抛物面子镜系统面形，根据拟合面形数据得到子镜调整量校正子镜。实验得到合成口径系统子镜失调误差与单一口径面形加工精度λ /15 相当。

研究了共相位望远镜阵列的两种重要光束耦合误差光瞳面平移(piston)误差和光瞳面倾斜(tilt)误差。设piston误差和tilt误差都服从均值为零但标准差待定的正态分布，根据中心点亮度判据，通过迭代方法计算了piston误差和tilt误差所允许的最大标准差，揭示了这两类光束耦合误差所允许的最大标准差与子望远镜个数和遮光比的关系。Piston误差所允许的最大标准差与子望远镜的遮光比无关，但随着子望远镜个数不断增加，在0.11λ~0.08λ范围内缓慢减小。Tilt误差所允许的的最大标准差在子望远镜出瞳大小已知的情况下，随遮光比不断增加而逐渐减小，而与子望远镜个数无明显的相关性。

考虑拼接望远镜子镜之间保持共相位可使拼接镜达到衍射极限，本文建立了一套主动光学实验系统来测量和调整拼接镜子镜之间的相位差和精度以实现子镜之间的共相位。拼接镜由3块正六边形球面子镜组成，子镜对边长为300 mm，曲率半径为2 000 mm。首先，使用Shack-Hartmann传感器和高精度微位移平移台使子镜之间精确共焦，使用球径仪调整子镜之间的高度差到微米量级；然后，运用白光斐索干涉原理对子镜高度差进行调整；最后，运用子孔径衍射原理测量子镜之间的高度差，并调整使其共相位。为了验证标定效果，对光纤光束进行了成像实验，受光纤直径的限制，拼接镜上用于成像的口径为100 mm。实验结果显示，白光斐索干涉的测量精度优于100 nm，子孔径衍射的测量精度优于16 nm，共相位标定后，系统能够实现衍射极限成像，表明提出的方法适用于拼接望远镜的共相位标定。

We report the laboratory experiment on a segmented mirror testbed that shows the use of a dispersed Rayleigh interferometer to phase segmented mirrors. Segment alignment of tip-tilt is fulfilled by overlapping diffraction pattern centroids of the three individual segments on the focal plane. A spherical interferometer is introduced to evaluate the performance of piston, tip-tilt sensing, and control closed-loop, and finally a total residual root-mean-square (RMS) surface error of about 45 nm is achieved, in which a typical error of about 20 nm is contributed by piston. These results demonstrate that the dispersed Rayleigh interferometer can successfully sense the piston of segmented mirrors and be used in phasing segmented telescopes under extensive studies.

总结了常用的共相位检测方法，分析了各种方法的特点及其用于空间望远镜在轨检测的适用性。提出了一种新的基于色散瑞利干涉原理的共相位误差检测方法和相应的干涉条纹数据处理方法——二维色散条纹分析法。介绍了色散瑞利干涉法的基本原理，给出了其检测拼接主镜望远镜共相位误差的光路图。为验证所提出的方法，搭建了一套色散瑞利干涉仪检测共相位误差的实验验证装置。初步的实验结果表明所搭建的色散瑞利干涉实验装置的量程可达到200 μm，多次测量值的均方根误差(重复性)优于2 nm，共相位误差δ≤1 μm时，测量精度为6.56 nm，可以满足空基分块主镜望远镜在轨共相位检测的要求。

为实现地基拼接式大口径望远镜主镜整体面形连续性,提出了一种新方法,对拼接子镜的相互位置误差进行高精度检测,并进行相关校正,从而使望远镜取得或接近于其衍射极限的光学成像质量。拼接子镜间需要进行校正的位置误差包括子镜间的倾斜误差和垂向平移误差,其中子镜之间的垂向平移误差需要被校正到100 nm以下,相当于入射光波长的几分之一。为实现此目标,在基于迈克耳孙干涉原理的基础上设计出一套相位误差检测系统,应用He-Ne激光与白光作为其光源系统,对拼接主镜子镜间相位误差进行高精度检测,同时解决了垂向平移误差的λ/2相位模糊性问题。系统的不确定度为8～10 nm,检测范围为45～60 μm。对系统的设计进行了分析,并仿真出基于该检测系统的理论干涉图形,得出理想的检测结果。