空间光通信是以光波为载波,在空间实现数据信息无线传输的通信方式。因其具有传输速率高、抗干扰能力强和保密性强等优点,各国积极开展空间光通信各项关键技术的研究,多套空间光通信终端从实验研究阶段走到了实际应用阶段。随着猎鹰9号火箭成功将60颗卫星(Starlink计划)送入太空以及通信技术的发展需求,建设可覆盖全球的空间光通信网络大势所趋,这给空间光通信终端的发展带来了机遇与挑战。在这种趋势下,空间光通信终端首先要满足的是Low SWaP(size,weight,and power,即体积小、质量轻、功耗低)指标,以实现空间应用对有效载荷小型化、轻量化、低功耗的要求。光学天线是光通信终端的核心组成部分之一,主要负责信号的发射和接收,其性能将对空间光通信终端的结构、性能产生巨大的影响。然而,传统光学天线大多采用的是将同轴反射式光学系统聚焦再准直的结构形式,存在中心遮拦,通信效率较低,其有效视场相对较小,导致空间光通信终端中ATP系统架构采用的是粗、精跟踪分离的结构形式,这种结构形式相对复杂。因此,提高光学系统效率、增大光学系统有效视场成为光学天线重点发展方向之一。近年来,自由曲面在成像光学系统领域获得了广泛的应用,其在提高边缘视场像质(增大视场)、减小系统体积方面具有重要意义。本论文提出了基于自由曲面的离轴两反无焦光学天线的设计形式。本文设计了一种自由曲面离轴两反无焦光学系统,该系统通过离轴结构提高了光学效率,通过引入自由曲面,增大了视场,另外,采用了无焦结构,可以省掉光学系统后续准直光组、减小光学长度等。设计结果表明,该系统在较大的视场范围内具有较高的成像质量。针对离轴两反装调公差分析问题,提出了基于矢量像差理论的离轴两反光学系统装调公差分析方法,揭示了次镜失调量(对准误差)对系统波像差影响的作用机理。仿真结果表明该方法对次镜装调公差分配具有一定的指导意义。针对自由曲面次镜的加工、检测问题,本文计算了相关加工参数,制定了光学精密加工工艺路线,明确了检测手段,对次镜加工具有一定指导意义。