为了探究宇宙起源与演化过程，大口径巡天望远镜将突破已有的探测深度和广度，帮助人类解决更多科学前沿领域问题。大口径校正镜组不同于普通的透射式光学系统，为了使校正镜组性能满足设计要求，总结分析了透镜支撑设计的基本原理和一般方法，建立了弹性体有限元模型，进行了参数化分析并优化了支撑结构关键部位。着重考虑透镜和镜室在不同重力载荷下的位移变形、应力变化和成像质量要求。结果显示，在0°～90°俯仰角变化范围内，弹性体支撑的透镜标准化点源敏感性值最小值为0.973 1，其面形误差、应力和位移等方面均满足系统设计要求，以上的工作对于类似的大口径系统设计与优化有着一定指导意义。

提出了一种基于哈特曼原理子口径斜率扫描再重构波面的检测方式, 研究了一种解决大口径光学系统不同俯仰角下的像质评价的方法。该方法无需同等口径标准镜, 通过扫描方式获取波面信息。采用光学软件与数学分析软件通过DDE接口连接进行计算机联合仿真的方式进行探究, 仿真光学系统采用主镜Φ720 mm, 次镜Φ100 mm的卡塞-格林系统来验证该方法的可行性, 利用随机误差注入及多次扫描平均的方法进行了该检测方式中重构波面精度的研究; 系统探究了光斑中心提取误差、子口径定位误差、子口径倾斜误差对于该检测方法重构波面精度的影响。给出了该方法仿真结果与光学软件仿真结果的对比, 并获取了误差注入时各误差与重构波面精度的物理模型。

为了保证大口径光学镜面加工检测的质量和效率, 提出了提高大口径光学系统镜面视宁度检测精度的方法。利用电子自准直仪以及平面镜确定波前斜率, 推导了基于斜率信息与镜面视宁度之间的关系。为了提高测量精度, 突破单台自准直仪精度限制, 采用三台自准直仪进行互标校。为了进一步降低误差, 使用六自由度平台支撑立方反射体, 使精度提高至0.01″量级。另外, 结合频响函数的相关理论, 估计得到了六自由度平台在检测环境下所引入的误差。最后, 引入标准化点源敏感性(PSSn)对结果进行评价, 并开展了数值仿真实验。针对模拟镜面视宁度, 分别计算两个方向的斜率功率谱以及原始波前功率谱, 然后利用之前给出的功率谱与PSSn之间的关系得到了两个方向的PSSn均为0.999。该镜面视宁度测量方法可以在模拟望远镜实际工况下, 完成对于系统主镜视宁度的定量预测。

利用数值方法得到任意形式振动下30 m望远镜三镜的光学传递函数, 并分析其数值精度.在光学传递函数的基础上引入标准化点源敏感性来表征振动对系统光线中继功能的影响.为了验证理论分析, 对于某大口径设备进行实验, 采用多个加速度计共同采集数据并合成信号的方法来实现镜面运动信息的解耦与测量误差抑制.结果表明：在内部振源工作的情况下, 设备点源敏感性从0.999 96下降到0.999 92; 使用二阶巴特沃兹带通滤波器后, 对于外部的力输出为0.075N.

介绍了一种受到视宁限制的光机系统的光学抖动,针对系统波前误差的中高频分量,引入功率谱方法,提出一种波前光学抖动的评价方法并将此方法应用于激光平面波前的实际检测结果,得出了该系统光学抖动的频域特性.该方法可对受视宁限制的光机系统的误差测量与分析有很好的帮助；同时,对光学系统波前质量的评价有一定的指导意义.

设计了一种新颖的双回转子孔径扫描装置，得到了可以覆盖大口径光学系统全口径的子孔径扫描光斑，从而满足了大口径光学系统光谱透射特性的测试需求。结合双回转扫描装置的结构参数误差，基于齐次坐标变换矩阵原理，建立了双回转扫描装置的数学模型，提出了一套分析子孔径扫描精度的方法，并且在设计双回转子孔径扫描装置中实现了应用。分析结果表明，当双回转子孔径扫描装置的回转半径ηr≤400 mm时，子孔径扫描精度Δηr为-0.007~0.028 mm。提出的子孔径扫描误差估计方法、建立的扫描运动坐标转换模型和得到的误差数据结果可作为类似回转扫描机构的设计参考，也为基于双回转子孔径扫描方法的大口径光学系统光谱透射特性测试的深入研究提供了理论依据和数据基础。