在同步辐射光源和X射线自由电子激光等装置上,大尺寸反射镜通常是作为实现X射线反射、聚焦等功能的光学元件之一。由于这些大尺寸反射镜的面形质量直接影响着反射光束的质量,因此需要很高精度的检测技术对面形进行检测,检测的精度需要达到纳米(高度检测)或纳弧度(斜率检测)量级,所以大尺寸光学元件表面面形的高精度检测成为了需要研究的重要方面。长程面形仪(LTP)和纳米光学测量仪(Nano-Optic-Measurement Machine,NOM)的出现为大尺寸光学元件提供了重要的高精度检测手段,尤其是NOM技术采用了将LTP与商用高精度自准直仪相结合测量的思想,极大地提高了表面斜率的测量精度。NOM是利用小孔光阑来获得直径为毫米量级的准直细光束实现对光学元件表面的逐点测量,但是它所使用的商业化自准直仪是针对满口径宽光束(通常透镜口径为20~30mm)进行设计的,根据目前的理论计算和模拟,当商用自准直仪在细光束模式下进行测量时,会因不同入射角下f-θ透镜的像差以及细光束发散等因素而导致测量误差,对此课题组提出了大口径细光束条件下f-θ透镜的优化方法,同时设计了基于单模光纤光源大口径细光束自准直测量系统的方案,并对系统的误差源进行了理论的计算分析。为了使得自准直仪更适合在细光束模式下测量,本文在课题组前期设计的基础上进行了相关的实验研究。利用单模光纤光源的特性对系统的光束准直过程进行了进一步的计算分析与软件模拟验证,搭建了大口径细光束自准直测量系统的实验光路,在实验上得到了符合系统测量需求的准直细光束。另外在实验上研究了影响系统测量的主要误差源,结果显示实验数据与理论计算具有良好的一致性,为实验上判断大口径细光束自准直测量系统的误差来源提供了重要的参考。