目前，高数值孔径(NA)投影光刻物镜都普遍采用非球面元件来提升光学系统的成像质量并降低系统的复杂度，但是高精度非球面检测一直是光学检测领域的一大难题，也是限制高NA投影光刻物镜制造的关键因素。为了解决这一难题，针对高NA投影光刻物镜中的一偶次高次非球面，论述了计算全息图(CGH)相位与空间频率的关系，以及相位与空间频率的计算方法；采用点光源照明模式，详细分析了CGH设计时的关键参数的选择方法和避免CGH非工作衍射级次的干扰的方法；采用所选定的设计参数，加工制作了CGH，并用此CGH完成了对非球面

为实现非球面元件表面面形的高精度检测，提出并设计了一种兼具相位补偿、装调计算全息图(CGH)和待测非球面的多功能计算全息图。多功能计算全息图由主全息、对准全息和基准全息3部分组成。介绍了各部分的工作原理及其设计方法，比较了辅助全息装调方法和普通装调方法的优劣，并给出了检测Φ187.72 mm、F数为1.71的凹非球面镜的计算全息设计实例，分析了影响全息检测精度的各项误差源，计算得出所设计的计算全息的检测精度可达4.75 nm，实现了非球面元件面形的高精度检测。

大口径反射镜是空间对地高分辨率光学遥感器的核心元件，其加工和检测水平是一个国家光学制造能力的重要体现。伴随着光学设计理念的不断更新，反射镜的表面形状经历了球面、非球面、非球面的子孔径及自由曲面的优化过程。自由曲面有充足的设计自由度，基于自由曲面的离轴三反光学系统可使光学载荷获得更大的成像视场，避免采用多台相机拼接视场带来的制造成本和发射成本的增加，还可提升遥感器系统像差平衡能力，大幅改善成像质量。自由曲面光学系统虽已成为下一代高性能空间遥感器的发展方向，但由于光学自由曲面面形非常复杂、精度要求极