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随着天文光学和空间的发展,对光学系统的分辨率和能量收集力要求越来高,光学系统口径越来越大。然而大口径非球面光学元件的高精度检测技术,尤其是大口径凸非球面光学元件的高精度检测一直是光学检测领域的一个难题。传统的大口径凸非球面反射镜在测量时需要制作比被测元件口径更大的补偿器,例如Hindle-Sphere补偿法,Null Lens补偿法,CGH(computer generation hologram)补偿法等。而大口径的补偿器难以制造,制作成本较高,生产周期长,制约了大口径凸非球面反射镜的制造精度和效率。子孔径拼接测量法是一种有效的检测大口径光学元件的测量方法,但是在检测大口径凸非球面时需要规划大量的子孔径,造成了误差的传递和积累,降低了该方法的测量精度和可信度。基于单光楔补偿拼接检测大口径凸非球面反射镜的面形检测方法,将单光楔补偿器与子孔径拼接测量相结合,有效的解决了传统测量方法存在的不足,提高了拼接测量的精度。本文对基于单光楔补偿拼接检测的大口径凸非球面测量方法进行了理论研究,结合工程实例对该方法进行了实验验证,论文的研究内容主要包括以下四个部分:1、光楔像差模型的建立分析了光楔产生像差的原因,在理论上说明了光楔作为补偿器的可行性。采用光线追迹和像差叠加的方式,建立了光楔像差数值计算模型,与仿真所得光楔像差模型对比,得到了常用F~#下光楔像差的理论模型,该模型具有实际工程意义。对单光楔补偿检测范围进行分析,根据F~#和光楔中心厚度d选择的不同,光楔补偿检测范围可超过1000λRMS(λ=632.8 nm)。2、单光楔补偿检测模拟仿真实验与分析在考虑单光楔补偿器的前提下,重新给出子孔径规划标准。详细分析了单光楔补偿器在检测光路中的作用和测量原理。结合工程实例,对口径为360 mm的大口径凸非球面设计了单光楔补偿检测仿真实验,与直接测量的方案对比,验证了单光楔补偿测量方法的能力。对检测光路进行公差分析,得到单光楔补偿检测系统具有良好的鲁棒性,其单个子孔径的检测精度可以达到6.76 nm RMS。针对口径为425 mm的大口径凸非球面设计了补偿检测仿真实验,验证了了单光楔补偿检测具有很强的灵活性和一定的普适性。3、CGH标定光楔补偿器位姿和系统误差针对单光楔补偿位姿和检测光路系统误差难以标定的问题,提出了计算全息标定光楔补偿器位姿和检测光路系统误差的方法。介绍了CGH(computer generation hologram)制作原理,给出了CGH的设计方案,针对425 mm口径大口径凸非球面反射镜补偿检测光路设计了CGH标定实验,对CGH误差进行分析,得到了CGH标定精度优于1.98 nm(RMS),并对标定后面形检测精度进行分析,得到单光楔补偿拼接检测精度能够达到3.43 nm RMS,该结果表明CGH能够用于标定单光楔补偿器位姿和检测光路系统误差,提高单光楔补偿检测方法的精度和可信度。4、单光楔补偿检测实验对425 mm的大口径凸非球面反射镜进行单光楔补偿拼接检测实验。完成CGH标定实验,得到第二圈和第三圈单光楔检测光路系统误差分别为0.023λRMS和0.011λRMS。完成大口径凸非球面反射镜拼接检测实验,对检测数据进行处理,得到全口径拼接检测结果为0.077λRMS,0.668λPV,与全口径面形检测结果相比,其偏差为0.391λRMS,0.023λPV,该结果验证了单光楔补偿拼接测量方法的可行性。本文围绕单光楔补偿拼接检测大口径凸非球面反射镜的测量方法开展了研究工作,完成了光楔像差计算模型的建模,针对单光楔这一非零位补偿器提出了CGH标定单光楔补偿器位姿和系统误差的方法,提高了单光楔补偿检测的精度和可信度。最后通过实验验证了单光楔补偿检测大口径凸非球面反射镜的适用性、灵活性和鲁棒性,为大口径凸非球面的高精度面形检测提供了一种行之有效的检测方法。