本文选题于中国科学院战略性先导科技专项(A类)“先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory,ASO-S)”。全日面矢量磁像仪(Full-disc vector MagnetoGraph,FMG)作为 ASO-S 三大载荷之一,其主要科学探测任务为进行太阳全日面矢量磁场测量,研究太阳磁场的发生、发展、相互作用、以及作用的后果,进而深入理解耀斑和日冕物质抛射的内在物理机理,并为空间天气事件预报提供观测基础。针对FMG进行太阳磁场观测的稳定性与精确性要求,论文从太阳磁场测量原理和仪器设计需求出发,对FMG入射窗、光学系统及光学系统偏振特性开展了以下研究工作:1介绍了基于塞曼效应的太阳磁场测量原理及其测量方法。针对不同的测量方法,详细地分析了太阳磁场望远镜的获悉更多关键光学系统及其组成,比较了不同结构形式的成像光学系统和偏振光学系统的组成形式及其优缺点,为太阳磁场望远镜光学系统选型奠定基础。2针对FMG光学系统的在轨适应性问题,研究了 FMG光学入射窗。首先总结分析了复杂的ASO-S在轨空间环境对光学玻璃及膜系的影响,据此选择熔融石英玻璃作为入射窗材料。随后通过模拟仿真,对比研究了胶合、单片、双分离等三种JQ1试剂不同结构入射窗的热稳定性,据此选择双分离结构为入射窗的初始结构。结合上述研究,提出了入射窗膜系构型。最后通过实验研究了 FMG面临的紫外辐照、电子辐射等主要空间环境因素对入射窗性能的影响。3基于塞曼效应的太阳磁场测量原理和光学系统的成像特性,分析了光学系统偏振误差来源。首先针对成像光学系统成像质量对系统测量偏振精度的影响,利用标量衍射理论和像差理论,并结合太阳磁场测量方法,建立了光学系统与偏振精度之间的评价模型;结果表明成像系统波像差RMS优于λ/38时误差变化趋于恒定;针对FMG系统偏振本底0.0005Ic、偏振串扰误差0.015的观测需求,成像光学系统波像差RMS需优于λ/25。随后针对成像光学系统仪器偏振特性对系统偏振测量精度的影响,建立了基于斯托克斯参数表征的FMG光学系统偏振传输模型,通过数值仿真分析了入射窗、光学望远镜、成像镜、偏振分光棱镜、1/4波片等光学元件的偏振效应对系统偏振精度的影响。该工作为FMG及其他用于偏振测量的光学系统的前期设计和后期系统测量精度评估提供了理论依据。4根据FMG观测波长532.4 nm、分辨率1″的科学观测需求,设计了一种偏振本底低、串扰小、偏振模型简单、无光子损失的Genetic heritability光学系统方案。为了满足精确地在轨测量需求,设计了一种光学系统定标调焦方案,并对入射窗结构进行了优化,优化后入射窗杂散光下降了 68.61%。为了验证FMG成像光学系统的性能,搭建了光学偏振特性测试平台,测量结果表明FMG入射窗及成像光学系统的光学成像质量和仪器偏振误差均符合FMG系统测量精度要求。最后对比了FMG与其他同类太阳磁场望远镜的观测效果,结果显示FMG在轨观测精度远高于地面太阳磁场望远镜的观测精度,在太阳局部纵向磁场细节的观测上,几乎与国际上最先进的HMI观测结果完全一致。