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设计和制造高精度和高衍射效率的衍射光学元件是未来光学发展最有前景的方向之一。这些元件具有薄的浮雕位相结构,正在光学检测中发挥越来越重要的作用。在高精度非球面检测时,计算全息光学元件(Computer Generated Hologram,简称CGH,下同)正在为非球面及自由曲面的检测提供新的思路,该方法的基本原理是利用CGH生成理想的非球面波前来实现相位补偿,并与实际的检测波前相干涉来实现非球面面形的高精度检测。论文首先阐述了CGH在非球面检测中应用的最新进展;然后研究了干涉法检测非球面的基本理论以及现阶段在非球面实际检测面形应用广泛的Offner补偿器法原理,并针对一凹非球面主镜(F数为2,口径D=400mm,非球面系数K=-1)给出了Offner补偿器法设计实例。再次,研究了CGH的检测原理;针对应用于非球面检测的CGH是一种分析型衍射光学元件的特征,详细分析了几种可用于表征CGH位相的表达式,并结合具体实例特别介绍了36项泽尼克系数拟合的CGH位相表达式;建立了使用CGH检测非球面的几何光学数学模型,详细分析了CGH加工误差分析模型,提出了降低加工误差敏感性的方案,为CGH位相设计及量化提供指导。随后,论文还对非球面检测用CGH设计方法进行了深入详细的研究,针对同一凹非球面主镜给出了CGH补偿器的设计方法,并通过三种方案的对比给出了CGH的最优化设计;根据CGH位相函数得出了CGH加工过程中的关键指标,评估了CGH元件的加工难度。其次,针对凸非球面与离轴非球面的CGH检测,也给出了设计方案。此外,研究了CGH的制造工艺流程,介绍了衍射光学元件加工的关键尺寸以及加工衍射元件的数据格式。并使用光刻掩模法完成了凹非球面反射镜用CGH实物的制造与表面浮雕结构测试。最后,给出了Offner补偿器与实际设计制造出的一块CGH补偿器测试对比结果,为下一步更深入的研究打下坚实的理论与实践基础。结论表明:CGH用于检测非球面可以达到较高的精度,而且可以完成传统方法无法测量的非球面反射镜及自由曲面反射镜面形的高精度测量。