随着人类对太空探索的不断深入,对于具有更高分辨率、更高灵敏度的大口径甚至超大口径空间光学望远镜的需求更加迫切。已投入应用的2.4m口径哈勃望远镜,在研6.5m口径的詹姆斯·韦伯望远镜,未来的光学系统口径将会达到百米级别甚至更大。然而,受到诸如镜面材料、加工工艺、航天器运载能力、发射体积和成本等因素的限制,以单口径主镜为主体的传统空间望远镜技术难以支撑空间望远镜口径持续增大的需求,而基于拼接主镜光学系统理念提供了一种可以超越航天器运载能力限制的、构建具有更强观测能力的大型空间光学望远镜的解决方案,这种设计理念已经成为世界各国的研究共识。为减小发射时的尺寸,在发射前需要对拼接主镜光学系统主镜的子镜进行折叠,入轨后展开拼接成一个完整主镜,但由于子镜位置误差的存在不能保持共相,光学系统成像质量降低,严重时不能成像。对于位置误差的检测通常包括子镜像点位置搜寻、排列、堆叠、粗定相和精定相等过程。其中精定相检测过程需要将piston误差调整到纳米级,这是拼接主镜光学系统进行完善成像的关键。论文基于干涉检测技术,使用了像点干涉技术检测子镜间piston误差,相比其他技术,光路和算法相对简单,不使用四棱锥,光栅等光学元件,具有可以使用宽波段光源进行检测,检测精度高等优点。论文以对子镜展开后存在piston误差的检测及校正为研究对象,主要的工作和创新点如下:(1)研究分析了国内外检测子镜间piston误差的多种检测方法。研究了哈特曼-夏克检测、四棱锥法检测、色散条纹检测及干涉技术检测等方法的检测原理,对各种检测方法的检测范围和精度大小进行了对比。详细介绍了国内外使用干涉技术检测piston误差的成功案例,将干涉检测技术相对其他检测技术在光路、检测范围和精度上进行了对比分析。(2)建立了包含各种像差的拼接主镜光学系统,分析了piston误差对光学系统成像质量的影响。构建了基于像差理论的位置误差对传递函数及点扩散函数影响的理论模型。沿Z轴方向上的piston误差产生影响最大,移动50nm时,产生波像差大小为0.0542λ(λ=632.8nm)。(3)提出了像点干涉技术检测子镜间piston误差并完成精定相过程。对像点技术检测子镜间piston误差的原理进行理论分析,研究了干涉条纹的位移和亮度信息随piston误差变化的关系。得到当子镜发生50nm、300nm的piston误差时,亮条纹偏移1μm、6μm大小;piston误差为10nm、30nm时,亮度比值大小分别为1.48、3.195,给出了条纹移动距离与子镜发生piston误差之间的关系曲线。(4)研究了对条纹移动距离与piston误差关系曲线的拟合方法。使用条纹位置及亮度比与piston误差关系的拟合公式对piston误差进行求解,对拟合公式求解子镜发生piston误差的精确度进行了比较。提出了基于条纹位置变化和亮度比完成检测,实现半个波长范围到纳米级的检测。研究了子镜加工误差对干涉检测结果的影响。对子镜的曲率半径和二次项系数公差研究得出曲率半径和二次项系数误差需要控制在1%,5‰的范围内不会对检测结果产生明显影响的结论。(5)完成了实验室验证像点干涉检测子镜piston误差的工作,最终得到piston误差产生的波像差大小为0.0204λ。经过反复实验后,总的PV和RMS数值的平均值分别为0.2351λ和0.0346λ,满足光学系统斯特列尔比大于0.95,子镜piston误差产生的波像差不大于0.02λ的指标要求,证明了像点干涉检测piston误差的可行性。