研究背景及意义
近几十年来，伴随着航天、空间科技、军事和国防等飞速的发展，对于地遥感控制设备和远距离观测的要求越来越高。大口径、高精度光学元件制造的水平得到了巨大的提升，特别是在制造技术和加工方面取得了显著的进步，使大口径光学元件向着精度更高、口径更大的方向发展，以此提高空间分辨率、视场、集光能力等等，使其在航天、军事等各个科研领域的应用更加广泛。
大口径光学系统已经在太空、航天领域广泛应用。例如，2020年11月24日，嫦娥五号顺利升空。探测器系统由轨道器、着陆器、上升器和返回器四器组成，依次完成运载发射、地月转移、近月制动、环月运行、动力下降与月面着陆、月面工作、月面上升、交会对接、环月等待、月地转移和再入回收等11个阶段，顺利实现了采样返回[1]。观测天体其变化和活动；探索宇宙生命体和宜居新空间；在嫦娥五号升空、采样返回和宇宙探索观测过程中，无线电望远镜和高精度光学仪器设备发挥了重大的作用，因而大口径望远镜的发展是航天、空间计划的重要需求之一，以及准直波前的检测是高精度大口径望远镜的重要技术之一。
人们对于具有较高空间分辨率的大口径光学系统非常重视，传统常规的光学测量方法用来检测大口径光学系统已经具有一定的局限性。人们不断努力解决大口径平面镜在制造工艺方面和应用于各领域中的面形测试的困难，而且在许多光学系统的实际调试过程中，大口径的平面镜多被用于检测光路中当作正常反射镜使用，然而平面镜一般是垂直或者存在一定倾角放置在检测光路中，在这种状态下，平面镜会受到重力和机械支撑等因素的影响，导致其面型发生改变，最终对检测的结果会产生巨大的影响[2]。
先准确测量光学系统中各光学元件的面型质量和波前像差信息非常重要，对光学系统的下一步加工和安装有着重要的指导依据，并且基于成本、加工周期、分辨率等等问题未解决对光学系统波前检测有巨大限制，因而研究光学系统波前检测方法有着一定的现实意义。
2.国内外研究现状
1900年德国一名光学工作者Hartmann（哈特曼）提出了哈特曼检测法，1971年P.K.Shack（夏克）对哈特曼检测法做出了改进，名叫夏克-哈特曼法（H-S）。伴随着现代光学研究的深入和光学制造技术的发展，Shack-Hartmann（夏克-哈特曼）法和Hartman（哈特曼）法是大口径光学系统波面检测的常用方法[3][4]。在1990年左右，美国和法国先后用哈特曼法检测了口径为2.4m和2m的光学和望远镜系统，同时国内也用该方法检测了2.16m的望远镜系统的波前。但伴随着现代科学的飞速发展，对光学系统的口径需求越来越大，此时哈特曼法和夏克-哈特曼法存在着局限性。例如哈特曼光阑造价变得昂贵、制作更加复杂，由于哈特曼法工作距离较长，因此对于中小型口径的光学系统的光学检测不再适用[5],并且夏克-哈特曼法对于光学系统准直出射波前的检测也不适用。
子孔径拼接技术也是大口径光学系统波前检测的一种方法。最早由美国的C.Kin和J.Wyant工作者基于哈特曼法提出的这一技术，该技术应用于大型光学表面的检测，例如大型天文望远镜、大口径反射镜等等。该技术使用检测仪器对大口径反射镜的不同位置进行检测，然后利用拼接算法来拼接各个子孔径的波前检测结果，以此来拟合被测波面，最终实现大口径反射镜的面型测量[6][7]。这技术具有一定的优势，国内外的研究也取得了一些成果。1997年，位于浙江大学的现代光学国家重点实验室对子孔径拼接技术进行了深入研究，提出了拼接目标函数分析法，并且对拼接算法进行了进一步的优化[8]。2011年,中科院光电研究院对子孔径斜率拼接技术用于对大口径光学系统进行了研究[9]。2013年，长春光机所工作者使用子孔径拼接检测技术完成对140mm口径凸非球面以及800mm口径反射镜镜面的检测工作[10]。
其次，五棱镜扫描法也是大口径光学系统波前检测的常用方法，此方法利用了五棱镜的特性：使入射光线经棱镜后偏折90°出射。测试过程中自准直仪发出光经过五棱镜入射到待测平面上，反射再经过五棱镜后由自准直仪接收，此时可以计算出两束光的夹角并得到波面斜率的信息，因此实现对大口径光学系统的波前检验。在2004年，四川大学曹益平等人利用子孔拼接法和五棱镜扫描法，着重研究了五棱镜的制造误差对大口径望远镜出射波前检测结果的影响[11]。在2015年，长春光机所罗霄等人基于五棱镜扫描法，检测了大口径光学平面镜的低阶面形，并且将这技术应用在了检测2m口径的平面反射镜[12]。
SCOTS技术也是光学系统和反射镜的一种检测方式，特点是设备简单且效率高，只需要摄像机和电脑这两个设备。该技术是基于波前斜率检测法的原理，光源发出受调制的结构光，也就是条纹，条纹在待测系统中传播过程中会受到调制而产生形变，该条纹出射后经过平面镜返回系统，然后通过变形条纹的解调得到波前信息。在2010年，美国Peng Su等人研究了SCOTS检测技术，并且对研究结果进行了深入分析[13]。在2014年，他们还对口径为5m和8.4m的三镜（LSST）和主镜（GMT）使用该检测法进行了检测，结果非常优异[14]。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
