非球面相比于传统的球面,不仅具有提高系统相对孔径、扩大系统视场角、校正系统像差等优势,还可以简化系统结构、缩小系统体积,被广泛应用于目前的光学系统设计中。为了达到光学系统设计的预期结果,高精度非球面的加工制造就显得尤为重要,高精度的面形检测技术和高精度的非球面加工技术是相辅相成的,因此高精度的非球面光学元件检测技术已成为光学研究的热门课题和前沿领域。针对目前常用的大口径非球面,传统的检测方法如三坐标测量法,工艺面检测法已经无法满足要求。计算全息法(CGH)属于干涉测量,它可以产生任意待测非球面所需的理想波前对其进行相位补偿;通过数学表达式与待测面一一对应,不需要被两两交叉对比检验;且其结构简单,具有辅助调节功能,可以精确调节与待测面的相对位置。综合而言,本文提到的基于CGH的高精度方法在非球面检测中具有无可比拟的优势,对其进行深入研究有利于提高加工质量,推动非球面的应用。论文首先介绍了基于CGH检测非球面的方法在国内外的研究状况,列举了几种常用的非球面检测方法,明确了计算全息法(CGH)在大口径非球面检测中的优势,论述了非球面检测的理论基础及基于CGH检测非球面的原理,说明了CGH的设计方法与流程。其次,根据检测系统中计算全息图的不同工作模式,选择了对应的CGH类型;将CGH简化为二元光栅线性模型,基于该模型利用Matlab分析CGH的各类制作参数对衍射效率与检测结果的影响,明确了本文所设计CGH的制作参数;针对待测非球面选择了相对应CGH各部分的布局形式。最终确定了本文所设计CGH的主全息部分使用1级衍射光,对准全息部分使用3级衍射光,各部分全息以扇形环带型分布,制作占空比为0.5,刻蚀深度为0.35?。再次,对同轴非球面(口径D=600mm,非球面度K=-1.1097,曲率半径R=1200mm)的主全息进行了设计,给出了系统初始结构的确定方法,分析了高次衍射光所成鬼像对成像结果的影响,通过加入载频对各级衍射光进行级次分离,减小鬼像干扰,综合考虑成像质量与加工难度,最终得到了该同轴非球面检测系统主全息的设计结果,其设计残差为0.0001?,刻线最密处间隔为14.5μm;根据主全息设计所得的系统结构设计了对准全息,所得系统的设计残差为0,刻线最密处间隔为3.6μm。因此系统成像效果良好且加工难度小;沿用同轴非球面CGH的设计方法,对离轴非球面(口径D=410mm,非球面度K=-1.5614,曲率半径R=5386.79mm)的主全息进行设计,分析其弊端后提出将离轴非球面移动旋转至其顶点与光轴重合,从而实现离轴非球面同轴检测的方法,克服了直接套用同轴CGH设计方法带来的不利影响。最后针对CGH检测系统进行公差分析与实验验证。基于CGH的工艺流程,通过前文提到的二元线性光栅模型定量分析了CGH的制作误差对检测精度的影响;利用ZEMAX软件对装调过程中的离焦、倾斜等引入的误差进行分析,给出了该系统的检测精度。根据设计结果搭建CGH检测系统对同轴非球面进行了检测,结果与offner补偿镜的检测结果基本一致,证明了系统设计的可行性。最后提出了系统公差抑制的方法,确定改进后检测系统的综合误差较小,系统检测精度可以达到0.01?RMS。