大型高功率激光驱动器中包括几千块大口径光学元件，价格昂贵，尤其是位于末端的终端集成光机组件，包含几类大口径光学元件，经常在接近其损伤阈值的高激光通量辐照情况下运行，极易损坏，从而限制了装置的输出能力，同时对工作人员的安全带了威胁。为了观察高功率激光装置中大口径光学元件的表面缺陷及内部损伤，对损伤形貌判定进而对损伤机理进行研究，评估晶体的抗激光破坏能力，有必要设计一套用于激光损伤大口径光学元件在线缺陷检测的远距离高分辨率系统，替代传统的准确度低、费时费力的人眼检查。目前国内尚未设计出一套针对高功率激光装置大口径光学元件高分辨率在线缺陷检测的完整的系统方案。　　基于国内大型高功率激光驱动器对大口径光学元件损伤在线检测的需求，本论文对终端集成光机组件和远距离多程放大系统及传输反射镜在线检测系统和关键技术进行了深入研究及设计，全面研究、设计完整的针对终端光学元件损伤检测(FODI)系统和多程放大系统及传输反射镜在线检测(LODI)系统的在线检测光学方案，包括照明系统、成像系统、检测算法的研究和设计。对难点进行系统、详细的分析并提出了解决方案，取得了以下研究成果:　　一、在国内首次提出了完整的在线检测总体系统方案，包括对终端集成光机组件的FODI系统在线检测方案，和对远距离多程放大系统及传输反射镜的LODI系统在线检测方案。解决了国内大型高功率激光驱动器对大口径光学元件损伤在线检测的技术难题。　　二、对远距离多程放大系统及传输反射镜的LODI在线检测外置照明系统，提出采用两级放大扩束镜，可以实现很大的放大倍数而使尺寸尽可能地小。采用锯齿型光阑和方孔结合用于照明系统，可消除高频衍射。　　三、对终端集成光机组件的FODI在线检测系统(2～4m)，提出了采用大变倍比的变焦成像系统，既可以等放大倍率观察400mm×400mm口径不同位置的光学元件，也可以放大同一位置光学元件的像以获得高分辨率的损伤性形貌图像。在2m工作距处最小分辨率为11μm，4m工作距处最小分辨率为22μm，观察整个全口径分辨率可达91.2μm。　　四、针对最常用的机械补偿变焦光学系统，提出了一种基于粒子群优化算法的变焦系统设计，可以将变焦系统一阶结构参数的求解转为在多维约束空间的数学优化问题，得到满足变焦需要的解，减小对光学设计者经验的依赖。　　五、对远距离多程放大系统及传输反射镜的LODI在线检测系统(4～100m)，提出了采用基于空间滤波器的内调焦望远成像系统，在望远系统的焦点处放置遮挡圆屏实现暗场成像，可以实现[2.5m，+∞）距离400mm×400mm口径不同位置光学元件的等精度、等分辨率检测，若采用1.053um主激光，分辨率为400μm，若采用632.8nm外置光源，分辨率可达91.2um。　　六、将一种基于强度传输方程(TIE)和角谱迭代算法的混合迭代算法应用于在线检测中大离焦范围情况的相位恢复，有很好的效果。