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平行光管作为光学工程中的基本仪器，有着不可替代的作用，随着近年来应用科学研究及国防事业的发展，大口径平行光管的需求量不断上升。本论文为北京空间机电研究所建设的大型真空环境模拟器研究并设计了与之配合的超大口径可变焦距平行光管的光学结构，并进行了安装与调试。 此超大口径可变焦距平行光管要求:有效口径1.6m;变换焦距前的基础焦距20m＜f＜25m;可变换焦距为30m、50m;有效视场角2ω=2;有效视场内，以632.8nm的波长进行测量，RMS波像差≤λ/15;出射光束无中心遮拦;工作光谱范围λ=0.4～0.9μm;外形尺寸总长小于24m，总宽小于6m。结合以上设计要求，提出了以离轴抛物面与偏置于焦面前的变焦镜组相结合的新结构。此新型结构不仅可以增强超大口径平行光管变换焦距时的灵活性及扩大离轴抛物面的有效视场，还有效减小了变焦镜组的有效口径。 本论文首先以P、W形式表示的初级像差系数计算了未偏置时变焦镜组的初始结构，并用ZEMAX辅助设计程序优化未偏置结构，然后分析变焦镜组的偏置对像质的影响，之后对变焦镜组进行偏置，并优化得到最终的理论设计结果。此新型结构的基础焦距为24m，总长小于16m，总宽小于3m，在有效视场内，30m焦距下，最大RMS波像差理论上可达到λ/30，50m焦距下，最大RMS波像差理论上可达到λ/27。 使用Zemike Fringe多项式分析了大口径光学元件的面形不规则度。利用ZEMAX的inverse sensitivity公差分析功能及蒙特卡罗分析方式，给出了对理想系统合理的公差分配。 采用Zemike多项式拟合超大口径可变焦距平行光管主焦点系统的波像差数据，对变焦镜组进行了计算机辅助的装调。装调后，常温常压下30m焦距状态下，有效视场范围内RMS波像差可达到0.055λ，50m焦距状态下，有效视场范围内RMS波像差可达到0.058λ;真空状态下系统RMS波像差均可达到0.054λ。