全口径环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一，其瓶颈问题是元件面形的高效高精度控制。通过研究元件面形的影响因素及其控制方法从而提升其确定性控制水平。围绕影响面形误差的运动速度、抛光盘表面形状误差和钝化状态等关键工艺因素，建立基于运动轨迹有效弧长的环形抛光运动学模型，揭示了抛光盘表面开槽槽型对面形误差的影响规律；提出了采用位移传感器以螺旋路径扫描抛光盘表面并通过插值算法生成其形状误差的方法，建立基于小工具的子口径修正方法，实现了抛光盘形状误差的在位定量修正；提出抛光盘表面钝化状态的监测方法，研究了抛光盘表面钝化状态对面形误差的影响规律。结果表明：抛光盘表面开槽采用环形槽时元件表面容易产生环带特征，采用径向槽、方形槽和螺旋槽时元件表面较为匀滑；通过在位定量检测和修正抛光盘形状误差，可显著提升元件的面形精度；随着抛光盘表面的逐渐钝化，元件面形逐渐恶化。在研制的5 m直径大口径环形抛光机床上加工800 mm×400 mm×100 mm平面元件的面形PV值优于λ/6（λ=632.8 nm），提升了元件的面形控制效率和精度。

计算机控制光学元件面形修复（Computer Control Optics Surfacing, CCOS）需要通过计算驻留时间，反复迭代，从而得到更小的误差。因为干涉测试过程中边缘面形测试的条件限制，只能得到更小孔径的误差分布图，所以面形的预测性延拓是磁流变抛光、离子束抛光等加工方式的基础技术。基于面形误差的相似性和边缘误差的连续性为出发点，开发了采用基于Zernike拟合和Laplace方程配合的方法进行光学元件面形误差边缘延拓技术。开展了相关理论分析，设计相关算法并实现了延拓过程，延拓结果符合面形相似形和连续性的加工要求，采用直接法和残余误差计算方法对延拓结果进行评估，结果证明了延拓方法的有效性。

在组网“一对多”激光通信系统中，为了减小安装面平面度误差对反射镜面形的影响，保证组网“一对多”激光通信用伺服摆镜安装后的面形精度，对一体化SiC/Al摆镜支撑参数开展了理论分析，分析了各支撑参数对摆镜面形精度的影响规律。然后采用有限元分析优化设计了支撑参数，确定了支撑点位置和安装面平面度精度的要求。对采用优化设计参数后的摆镜面形精度测试表明，在加工面形为PV值优于53 nm(λ/12)，RMS值优于10 nm(λ/60)的前提下，并在(20±5) ℃温度载荷作用下，摆镜安装后的面形精度PV值优于210 nm(λ/3)，RMS值优于60 nm(λ/10)。同时，摆镜与安装基座由相同材料制作，这有效减小温度变化负载对面形精度的影响，完全满足组网“一对多”激光通信伺服摆镜面形的精度指标要求。

随着先进光学系统设计与制造的发展，大口径光学系统得到了广泛的应用。然而，大口径平面镜高精度面形的检测手段不足，限制了大口径平面镜的制造与应用。为实现大口径平面反射镜的高精度面形检测，提出一种夏克哈特曼扫描拼接检测平面镜面形的方法。对扫描拼接原理、波前重构算法进行了研究，建立了微透镜阵列成像的数学模型，验证了夏克哈特曼扫描拼接检测原理的可行性。针对一口径为150 mm的平面镜进行了扫描拼接检测实验，拼接得到的全口径面形为0.019λRMS(λ=635 nm)；与干涉检测结果对比，检测精度为0.008λRMS，结果表明该方法能够实现大口径平面反射镜的高精度检测。

第4代同步辐射光源及自由电子激光装置中束线光学系统对光学元件性能提出了苛刻的要求。使用压电变形镜是实现超高面形精度调控和实施波前补偿的有效途径，也是目前亟需突破的国产化技术瓶颈。针对这一问题，研制了长度为200 mm、含36个单元压电促动器的压电变形镜。通过数值模拟优化了变形镜结构参数，利用国产工艺完成了变形镜样机的制作，并对其面形调控能力进行初步探究。测试结果表明：所研制变形镜样机的平面面形误差可降低至1.38 nm (rms)，斜率误差降低至240 nrad (rms)，实现了平面面形的nm级调控。