在工作波长给定的衍射极限条件下,光学系统的分辨率受到入瞳口径的限制。而研制大型和超大型的光学系统又受光学材料、加工、制造成本和运载能力等制约,用现有的技术很难实现甚至不能使实现,利用子孔径拼接可以使光学系统实现分散加工、达到造价低和保证加工精度等目的。本文研究了子孔径拼接光学系统原理样机的设计、加工、装调以及检测中的关键技术,主要做了以下研究工作:在分析、比较和归纳有关文献和专著的基础上,本文首先介绍了子孔径拼接光学系统研究的意义,国内外研究现状及发展趋势,阐述了子孔径拼接光学系统的成像特点;提出以光学调制传递函数方式评价子孔径拼接光学系统的像质,分析了不同孔径布局对光学系统调制传递函数产生的影响,并根据光学调制传递函数的变化对子孔径布局进行了研究。在存在中心遮拦的子孔径拼接光学系统中,中心遮拦不仅会使能量降低而且会对其像质产生影响,本文在环形衍射理论基础上,建立了具有中心遮拦光学系统的数学模型,编制了应用软件内嵌程序,分析了不同中心遮拦比对光学系统像质的影响,为光学系统中心遮拦比合理选择提供了依据。并利用计算结果与软件内嵌程序模拟仿真结果的对比,验证了内嵌程序的正确性。针对卡塞格林式光学系统进行了改进型的优化设计,使用球面代替非球面,扩大了光学系统的视场,使其更适于子孔径拼接,便于子孔径的加工、装调与检测。分析了不同F/#与相同F/#光学系统子孔径布局对光学调制传递函数的影响。结果表明当光学系统设计结果接近衍射极限时,软件模拟仿真结果与实际情况越接近,为子孔径拼接的原理仿真实验提供了依据。针对子孔径拼接原理样机的应用提出了一种新型“Cornwell+环面”的子孔径布局,确定为子孔径拼接原理样机的孔径布局;并针对孔径布局对光学系统调制传递函数的影响进行了检测,检测结果与软件模拟仿真的结果一致,验证了模拟仿真的可靠性。对子孔径拼接原理样机光学系统的性能参数进行了计算,选择了改进型卡塞格林式光学系统的结构,并进行优化得到了有利于杂散光消除的光学系统。对原理样机中的杂散光进行了分析,并应用动态光学理论中的等效节点概念提出了子孔径拼接原理样机的加工、装调公差要求,对其工作环境进行了性能分析,提出了以中心环面为基准的子孔径同心度以及整机的装调与检测方案,采用小口径自准直光学元件与可旋转导轨实现对子孔径与中心环面的同心度检测的自准直光路,解决了大口径拼接光学系统自准直平面反射镜的制造难题,并在此基础上研制了子孔径拼接原理样机。