大口径光学系统具有更高的成像分辨率,更强的集光能力,因此在天文望远镜、空间成像系统等有着很多应用。随着光学加工技术不断进步,光学系统设计有更高的指标要求,大口径非球面光学元件在光学系统中的应用也越来越多。大口径非球面光学元件对光学系统视场的扩大、系统重量的轻化、像差的校正、成像质量的提高、空间的压缩有着不可替代的作用,对光学系统整体性能的提高有很大优势。在实际生产中,大口径高次非球面加工困难,原因之一是受检测方法的制约。本论文以高次非球面补偿检测方法为研究内容,提出了高次非球面的零位补偿检测方法。结合某光学系统中的两个高次非球面反射镜的检测,其中主镜口径900mm,三镜口径370mm。本文根据几何像差和波像差之间的联系,推导出了高次非球面的三级像差理论公式。结合高次非球面的面形公式,推导高次非球面的法线像差以及讨论了相关性质。基于高次非球面的三级像差理论,推导高次非球面补偿检测系统的初始结构公式。结合理论推导的初始结构公式,分别对主镜、三镜设计了基于平行光的补偿检测系统和基于球面波的补偿检测系统,并对其两种系统对比,最终选择基于球面波的补偿检测系统。对球面波补偿检测系统分析,得到设计合理、公差分配科学的补偿器。通过测量补偿器实际装配后的相关参数,反算出光路的前后截距。基于加工装配好的补偿器,搭建和调试光路,并在检测之前,对补偿器的偏心、倾斜、位移等失调量建立系统失调量灵敏矩阵。主镜和三镜经过研磨后,实际检测主镜面形精度RMS值为0.0220λ(λ=632.8nm),三镜面形精度RMS为0.0295λ(λ=632.8nm)。在对主镜实际竖直装调后,以装调后的主镜为基准,经主镜与三镜联调,最终光学系统的装调结果RMS为0.12883λ(λ=632.8nm)。