随着空间光学领域技术的不断发展与突破,对光学系统的性能技术指标提出了更高的要求,包括激光准直系统在内的空间光学系统朝着长焦距、大口径、多光谱、结构紧凑等方向发展。激光准直系统无论是在空间探索领域还是在实验生产方面都有重要的应用。本文通过对技术指标为口径400mm、焦距8000mm、激光光源波长为633nm和1319nm的大口径双波长激光准直系统进行光学系统设计、光学元件的研制以及激光准直系统的装调等方面展开研究。大口径激光准直系统由激光光源和准直光学系统等两部分组成。根据激光准直系统的技术参数,采用离轴卡塞格林结构形式设计。根据两镜系统消色差条件计算出初始结构,利用ZEMAX软件优化后得到设计结果,并对像质进行分析,结果显示系统像质满足设计指标。同时为了保证两种波长的激光光源在同一点输出,设计了双波长耦合镜头,分别把双波长激光耦合进二合一合束器,测得双波长激光的出口功率满足系统光源设计要求。介绍了大口径激光准直系统的光学元件的加工方法,采用自准直法检测离轴抛物面主镜以及采用无像差点的离轴Hiddle球法检测离轴双曲面次镜,结合干涉仪测得各个镜面的面型完全满足单次光学系统误差RMS≤λ/5的设计要求。依次对大口径激光准直系统的主镜和次镜进行安装与调试,利用4D干涉仪配合一面标准平面镜,测得准直系统像质满足设计指标要求。本文采用透镜耦合的方法实现双波长激光共焦,激光输出更加稳定、高效;采用离轴卡塞格林结构系统,以光学系统焦点作为光源的输入点,激光经系统准直后输出。