矢量像差理论完备的描述了失对称光学系统高至五阶的波像差特性,具有非常高的工程应用价值。一方面,矢量像差理论可以用来指导偏轴光学系统以及自由曲面光学系统的设计工作,促进非共轴光学系统设计的进步;另一方面,矢量像差理论可以用来定量的分析共轴光学系统在失调状态下的波像差特性,从而指导光学系统的失调校正。矢量像差理论对非对称光学系统的像差理论具有重要的贡献。然而,矢量像差理论关于失对称系统的像差特性是在数学推导的基础上结合软件仿真得到的,关于矢量像差理论的实验验证研究一直处于空白状态。本文正是针对这一暂时空白的研究领域,利用一个Ritchey-Chrétien结构形式的望远系统,开展矢量像差理论在失调反射望远系统中的实验验证研究。本文主要包含以下内容:1.基于两反望远系统的一阶光学特性及三阶波像差理论,利用矢量像差理论,结合实验研究的主体光学系统——Ritchey-Chrétien结构形式的Hilbert望远镜,推导了失调两反望远系统的像差场偏移矢量解析表达式以及三阶彗差与三阶像散的矢量像差场特性。与此同时,利用真实光线追迹方法分析了Hilbert望远镜的三阶像差的视场相关性,为实验的仿真分析作基础。针对两反望远系统的彗差自由点特性,推导了基于一阶特性的计算方法,确定了Hilbert望远镜的彗差自由点位置。2.基于实验对于失调两反望远系统像差场研究的需求,利用一个精密位移平台实现对Hilbert望远镜次镜组件的支撑,设计了系统的机械结构并对其进行了有限元分析,分析表明结构可靠,满足实验要求。针对三阶彗差的矢量像差特性,设计并搭建了含有视场发生器及反光镜组件的实验系统。在不移动Hilbert望远镜以及干涉仪的前提下,实现对多个采样视场点的干涉测量。借助真实光线追迹与Fringe Zernike多项式拟合对实验的预期结果进行了仿真分析,得到仅含有三阶彗差的干涉条纹图样。仿真分析得到与矢量像差理论一致的结果。根据实验方案,对数据进行了采集,并对仿真结果以及实验结果分别作了误差分析。在误差允许的范围内,实验结果与仿真分析结论相一致,完成了失调两反望远系统中三阶彗差的矢量像差理论实验验证研究。3.对Hilbert望远镜的三阶像散矢量像差特性进行了理论分析。基于理论的指导,对系统的主、次镜分别作了面形检测。结合检测的结果,对三阶像散的节点特性作了仿真分析,结果表明现有的实验系统不足以完成对三阶像散的实验验证研究,并对实验方法的改进提出了建设性的意见。本文通过实验研究的方法对失调两反望远系统的矢量像差节点特性进行了析与论证,对于矢量像差理论的发展与完善具有卓越的意义。