基本分類
反射望遠鏡由於工作焦點的不同分為主焦點系統、牛頓系統、卡塞格林系統、格里高里系統、 折軸系統等，通過鏡面的變換，在同一個望遠鏡上可以分別獲得主焦點系統（ 或牛頓系統）、卡塞格林系統和折軸系統。這些系統的焦點，分別稱為主焦點、牛頓焦點、卡塞格林焦點、格里高里焦點和折軸焦點等。單獨用上述一個系統作望遠鏡時，分別稱為牛頓望遠鏡、卡塞格林望遠鏡、格里高里望遠鏡、折軸望遠鏡。 大型光學反射望遠鏡主要用於天體物理研究，特別是暗弱天體的分光、測光以及照相工作。
牛頓式反射望遠鏡
這種望遠鏡通常利用一個凹的拋物面反射鏡將進入鏡頭的光線匯聚後反射到位於鏡筒前端的一個平面鏡上，然後再由這個平面鏡將光線反射到鏡筒外的目鏡里，這樣我們便可以觀測到星空的影像。
優點
由於反射鏡的造價要比透鏡低的多，因此對於大口徑的望遠鏡來說，經常做成反射式的，而不是笨重的折射式。攜帶型設計的反射望遠鏡，雖然鏡筒只有500mm，但焦距卻可以達到1000mm。牛頓式反射鏡的焦比可以達到f/4到f/8，非常適合觀測那些暗弱的河外星系、星雲。有些時候用這種望遠鏡觀測月亮和行星也是很適合的。如果要進行拍照，使用牛頓式望遠鏡時非常好的。但是使用起來要比折反式望遠鏡要麻煩一點。牛頓式結構可以很好的會聚光線，在焦點處得到一個非常明亮的像。
缺點
開放的鏡筒式的空氣可以流通，這樣不僅會影響到成像的穩定度，而且一些塵埃會隨著流動的空氣進入鏡筒並附著在物鏡上，長此以往會破壞物鏡表面的鍍膜，使其反射力下降。由於這種結構的物鏡比較容易破裂，所以使用的時候需要倍加小心。對於偏軸的光線，牛頓式望遠鏡會產生彗差。這種結構的望遠鏡不適合於對地面景觀的觀測。通常牛頓式望遠鏡的口徑和體積都比較大，因此價格也比較昂貴。由於加了一個二級平面反射鏡，所以會損失一些光線。
發展史
反射望遠鏡折射望遠鏡產生的像差，主要是因為光線通過透鏡以後再聚焦而產生的，那么能不能不通過透鏡折射後聚焦而通過鏡面的反射而聚焦成像呢?為此英國的物理學家、天文學家牛頓首先提出用一定形狀的反射鏡，也可以把平行光線會聚在一起而聚焦成像。1868年牛頓親自動手磨製了一塊凹球面鏡。鏡子材料選用合金(銅、錫、砷)，顏色為白色，鏡面直徑為2．5厘米，鏡筒為15厘米長的金屬筒，在鏡筒末端安裝了物鏡。當來自天體的平行光束，投射到物鏡上，經過反射後會聚到焦點處，然後可以看到天體的像。此焦點又稱主焦點，在主焦點前安放一個小平面鏡，使它與主軸光線之間夾角為45°。把光線轉向90°，然後在鏡筒一側聚焦成像，此焦點稱為牛頓焦點。在牛頓焦點後安放目鏡便可以進行觀測了，這是牛頓製作的第一架反射望遠鏡。這種望遠鏡外形上短粗矮胖，產生的物像可以被放大40倍。牛頓製造第一架反射望遠鏡雖然不想公開宣傳，但引起了人們的關注。後來牛頓又製作了第二架反射望遠鏡，物鏡口徑為5厘米。他於1672年1月11日送給皇家學會，目前這架反射望遠鏡，仍在英國得以很好地保存。反射望遠鏡的發明，為望遠鏡家族增加了新的活力，人們以極大的熱情研究不同類型的的反射望遠鏡。最早提出製作新型反射望遠鏡的人是英國天文學家詹姆斯·格雷果里。1663年，他提出一個方案：利用兩面鏡子，一面主鏡，一面副鏡；口徑較大的凹拋物面鏡作為主鏡，鏡中心鑽個圓孔，把此鏡放在望遠鏡的一端，讓光線從另一端進入鏡筒射在主鏡上，經過主鏡的反射光線會聚至焦點處，再選口徑較小的凹橢球面鏡作副鏡，將它放置在鏡筒內的主鏡焦點後，經副鏡重新反射發散，使光線進入主鏡的中心，然後再重新聚焦(P2)成像。在主鏡後焦點處再通過目鏡產生一個放大像。用這種望遠鏡觀看時，如同折射望遠鏡一樣，觀測者直接對著物體的方向觀測。但是這種反射鏡的鏡面要求較高，磨製起來比較困難，並且鏡筒長場曲較大。所以格雷果里始終沒能造出一架可以用來工作的反射望遠鏡。但是，他的理論絲毫沒有錯，後來有人據此製作的“格里式望遠鏡”一直工作得很好。
1672年法國人N·卡塞格林提出新的反望鏡遠鏡設計方案。他對格里式望遠鏡進行改進，主鏡仍是中心有孔的凹拋物面鏡，只是把副鏡磨製成凸雙曲面鏡。當來自天體平行主軸的光線，投射到主鏡上，再經過主鏡反射，在鏡前聚焦，在光束尚未完全匯聚時，又受到在主焦點前的副鏡再一次反射，使光線發散，然後穿過主鏡中心孔後再聚焦，此焦點又稱卡塞格林焦點。同樣在此焦點處用目鏡觀看，則可看到再放大的像。這種反射望遠鏡稱為卡塞格林望遠鏡，簡稱卡式望遠鏡。卡式望遠鏡焦距長而鏡筒短，得到倍率大、星像大的好效果。拍攝天體也可得到大而清晰的像。若將卡式的副鏡換成平面鏡，安放在與光軸成 45°角的位置，這樣可改成牛頓式望遠鏡，在側面成像。因為這種望遠鏡有兩種光路成像系統，所以又稱為耐司姆斯望遠鏡。在反射望遠鏡加工製造者中，最為突出的是英國天文學家威廉·赫歇爾(1738—1822年)。赫歇爾生於德國的漢諾瓦，1757年遷居英國。起初在英國生活時，由於能吹一手好號，先是擔任音樂教師，但他的興趣很廣泛，特別渴望觀測浩翰的宇宙、觀測美麗的行星和神奇的恆星。他曾租了一架長60厘米的格雷果里式望遠鏡，對星空進行觀測，但效果不好。若要購置較好的望遠鏡，因為經濟條件窘困又難以實現。於是赫歇爾下決心自己磨製望遠鏡了。1772年，他把妹妹卡羅琳從漢諾瓦接到英國，照料他的生活，自己則專心投入磨鏡子的工作。他磨製第一塊鏡子時非常刻苦頑強，一天連續磨製好幾個小時，有一次竟達16小時，連吃飯都顧不上，只好讓妹妹給他餵飯吃。憑著這種堅韌不拔的精神，終於磨製出了第一塊直徑為15厘米的反射鏡，並製作了一架長2．1米，可放大40倍的牛頓式反射望遠鏡。他用這架望遠鏡觀看了獵戶座大星雲，並且清楚地觀測到了土星光環。特別是在1781年3月13日，赫歇爾在觀測天體時，偶然在望遠鏡中看到的天體不是個光點而呈現出一個圓面。開始他認為發現了新彗星，但進一步觀測，發現這個天體像行星那樣環繞太陽運動，以後證實這是一顆遠離太陽28億千米的新行星，被命名為天王星。天王星的發現轟動了英國，赫歇爾立即被選為英國皇家學會會員，被授於顯赫的榮譽，獲得了科普利獎。赫歇爾一生中磨製了數百架天文望遠鏡，其中在1786年磨製了最大的一架望遠鏡，口徑為122厘米，鏡筒長為12．2米。這個龐然大物在巨大的構架中豎立起來，看上去活像一尊指向天空的大炮，人們進行觀測時需要爬到鏡筒內尋找焦點。它所設計的光路稱為赫式望遠鏡，望遠鏡將主鏡斜放鏡筒一端，將會聚光束的焦點靠近前方，去掉副鏡直接用目鏡進焦點處進行觀測。當他使用這個龐然大物在觀測的第一夜，就發現了土星的兩顆新衛星。以後觀測銀河系也取得很大成功。赫歇爾不愧為在天文學發展史上立下豐功偉績的全能天文學家。19世紀中葉，製作反射望遠鏡口徑最大的是英國天文學家羅斯伯爵，他出身貴族喜好天文，在1842年他開始籌措製造口徑184厘米的大反射望遠鏡，歷經三年的磨製，從四次失敗目前在天文觀測中，反射望遠鏡已成為現代天文觀測的常用工具。世界上已建造口徑在2米以上的反射望遠鏡有15台之多，超過5米口徑以上的反射望遠鏡，已有三台。最著名的是安裝在美國帕洛馬山的天文台內的508厘米反射望遠鏡。製造這架望遠鏡，曾經歷了許多風風雨雨。1928年美國天文學家海爾已近晚年，當時洛杉磯城市已很繁榮，城市燈光很亮，離此城不遠的威爾遜山天文台受到干擾，為避免城市燈光干擾，並且提高觀測能力，海爾決定在距離威爾遜東南145千米的帕洛馬山上，建造了一個508厘米的大反射望遠鏡。他首先經過嚴格挑選光學玻璃，磨製前在玻璃背面鑽100多個孔洞，使鏡後成為蜂窩狀，中心鑽孔為1．1米。經過漫長的時間磨製，總共磨掉4500千克的玻璃，研磨過程中，消耗掉了28噸金剛砂，最後鏡重為 1．45噸，直到1948年才建成。可惜的是1938年海爾與世長辭了，沒能看到這架大望遠鏡的建成，為紀念他的卓越貢獻，將此架望遠鏡命名為“海爾望遠鏡”。這是全世界望遠鏡的佼佼者。這架望遠鏡的建成，為天文學的發展起到了推波助瀾的作用。它能探測到宇宙中遠達12億光年的暗弱天體，探測人們所不知道的恆星和星系的秘密，極大地開擴了人類的眼界，擴大了人類認識宇宙的範圍，取得的一系列新成果，使天文學向前邁進了一大步。著科學技術水平的不斷提高，人們在製作大口徑反射望遠鏡方面也不斷有所提高。前蘇聯科學院磨製的口徑6米的反射望遠鏡，1976年安裝在俄羅斯高加索山上澤連丘克斯卡亞。進入90年代美國又在夏威夷英納克亞建成了10米口徑大型反射望遠鏡。我國口徑最大的2．16米反射望遠鏡是1988年在北京天文台河北興隆觀測站落成的。這個觀測站地處長城北側、海拔960米的燕山主峰南麓，這也是一個天體物理光學觀測的基地。
技術的考量
一個彎曲的主鏡是反射望遠鏡基本的光學元件，並且在焦平面上造成影像。從面鏡到焦平面的距離稱為焦長(焦距)，底片或數位感應器可以在此處記錄影像，或是安置目鏡以便眼睛能觀看。 反射鏡雖然能夠消除色差，但是仍然有其他的像差：
當使用非拋物面鏡時會有球面像差(成像不在平面上)。
彗形像差
畸變(視野)
在反射器的設計和修正上會使用折反射器來消除其中的一些像差。
幾乎所有用於研究的大型天文望遠鏡都是反射鏡，有下列的原因：
在採用透鏡之下，必須整塊鏡片材料皆為沒有缺點和均勻而沒有多相性，而反射鏡只需要將一個表面完美的磨光，磨製相對簡易。
不同顏色的光在穿透介質時會有不同的播速度。對未做修正的透鏡，這會造成折射鏡特有的色差。製作大的消色差透鏡所費不貸，面鏡則完全沒有這個問題。
反射鏡可以在更廣闊的範圍內研究光譜，但有些波長在穿過折射鏡或折反射鏡的透鏡時會被吸收掉。
大口徑透鏡在製造和操作上都有技術上的困難。其一是所有的材料都會因為重力而下垂，觀測舉得最高而且也是相對較重的透鏡只能在鏡片周圍加以支撐，另一方面，面鏡除了反射面以外，可以在反射面的背面和其他的側邊進行支撐。
當業餘天文學還在使用牛頓焦點的設計時，專業天文學已經傾向於使用主焦點、卡塞焦點和庫德焦點的設計。在2001年，至少已經有49架口徑2米或更大的反射望遠鏡採用主焦點的設計。
設計
牛頓式望遠鏡牛頓式
牛頓反射鏡通常使用拋物面鏡作為主鏡，但是小口徑(12厘米以下)而且是長焦比(f/8或更大)的，使用球面鏡作主鏡也可以獲致足夠高的目視解析力。第二面平面鏡在鏡筒的前端，將光線反射至側邊鏡的焦平面。對任何尺寸的望遠鏡，這都是最簡單和最便宜的設計，因此被自製望遠鏡的人士廣泛在家中自製。
卡塞格林式的光路圖卡塞格林式
卡塞格林反射鏡(通常稱為傳統的"卡塞格林反射鏡")以拋物面鏡作主鏡，第二反射鏡是雙曲面鏡，將光線反射回後方，並穿過主鏡中心的洞孔，這種摺疊光學的設計縮短了鏡筒的長度。在小型的望遠鏡上，第二反射鏡會安置在光學的平面鏡上。這是在前端用來封閉鏡筒的光學玻璃，可以有效的消除使用支撐架產生衍射星芒的現象。封閉的鏡桶可以保持乾淨，主鏡也得到了保護，代價是損失了一些集光力。
里奇-克萊琴式
里奇-克萊琴望遠鏡是一種特殊的卡塞格林式反射鏡，它的兩個鏡片都是雙曲面鏡(取代了拋物面的主鏡)，有效的消除了焦平面上的彗形像差和球面像差，使他有較廣的視野可以用於攝影的觀測。幾乎所有研究級的反射鏡都是里奇-克萊琴式的設計。他是由喬治·威利斯·里奇和亨利·克萊琴在1910年代發明的。
達爾-奇克漢式
達爾-奇克漢式反射鏡是霍勒斯達爾在1928年設計出來的卡塞格林式反射鏡，並在1930年由當時的科學美國人編輯、也是業餘天文學家的艾倫奇克漢和艾伯特G.英格爾寫成論文發表在該雜誌上。這種設計使用凹的橢圓面鏡做主鏡，凸的球面鏡做第二反射鏡。這樣的系統比卡塞格林或里奇-克萊琴的系統都容易磨製，但是沒有修正離軸的彗形像差和視場畸變，所以離開軸心的影像品質便會很快的變差。但是對長焦比的影響較小，所以焦比在f/15以上的反射鏡仍會採用此種形式的設計。
Schiefspiegler
Schiefspiegler("離軸"或"斜反射")反射鏡是一種非常奇特的卡塞格林式反射鏡，他將主反射鏡傾斜以避免第二反射鏡在主鏡上造成陰影。雖然消除了衍射的圖形，卻又導致了其他不同的像差必須要修正。
葛利格里式反射望遠鏡的光路圖葛利格里式
葛利格里式反射鏡是詹姆斯·葛利格里發明的，第二反射鏡也使用凹面鏡，不是凸面鏡，因此產生的是正立的影像，很適合用於地面上的觀測。此種設計已經失寵而少被採用，只有少數的運動型望遠鏡還在使用這種設計。
焦平面
主焦點
主焦點的設計使用在天文台的大望遠鏡上，觀測者置身於鏡筒內反射光線匯聚的焦點上。在過去都是由天文學家自己置身其中，如今都由CCD取代了。無線電望遠鏡也經常使用主焦點的設計。主鏡由金屬的表面取代，反射的是無線電波，觀測者則是天線。
內史密斯和庫德焦點
內史密斯/庫德的光路圖。內史密斯式
內史密斯式望遠鏡的設計與卡塞格林式相似，只是主鏡上無需穿洞，取代的是用第三反射鏡將光線反射到側面
庫德式
在內史密斯式上再增加光學元件，將光線導出(通常利用赤緯軸)至固定的焦點，稱為庫德焦點，當望遠鏡轉動時觀測者不必隨著移動觀測位置。這種設計經常使用在大型的望遠鏡上，特別是需要使用較重的觀測設備的，可以很方便的運用。
優缺點
反射式望遠鏡有許多優點，比如：沒有色差，能在廣泛的可見光範圍內記錄天體發出的信息，且相對於折射望遠鏡比較容易製作。但由於它也存在固有的不足：如口徑越大，視場越小，物鏡需要定期鍍膜等。
對於反射鏡的材料，只要求它的膨脹係數較小、應力較小和便於磨製。磨製好的反射鏡表面通常鍍有一層鋁膜，它對紅外區和紫外區都有較好的反射律，適於在較寬的波段範圍研究天體的光譜和光度。另外，反射望遠鏡的鏡筒一般較短。大型的反射望遠鏡主要用於天體物理的研究工作，特別是暗弱天體的分光、測光和直接照相等。
反射望遠鏡反射式望遠鏡的性能很大程度上取決於所使用的物鏡。通常使用的球面物鏡具有容易加工的特點，但是如果所設計的望遠鏡焦比比較小，則會出現比較嚴重的光學球差；這時，由於平行光線不能精確的聚焦於一點，所以物象將會變得模糊。因而大口徑，強光力的反射式望遠鏡的物鏡通常採用非球面設計，最常見的非球面物鏡是拋物面物鏡。由於拋物面的幾何特性，平行於物鏡光軸的光線將被精確的匯聚在焦點上，因而能大大改善像質。但即使是拋物面物鏡的望遠鏡仍然會存在軸外像差。
套用
反射望遠鏡在天文觀測中的套用已十分廣泛，由於鏡面材料在光學性能上沒有特殊的要求，且沒有色差問題，因此，它與折射系統相比，可以使用大口徑材料，也可以使用多鏡面拼鑲技術等；磨好的反射鏡一般在表面鍍一層鋁膜，鋁膜在2000-9000埃波段範圍的反射率都大於80%，因而除光學波段外，反射望遠鏡還適於對近紅外和近紫外波段進行研究；因此較適合於進行恆星物理方面的工作（恆星的測光與分光），目前設計和建造的大口徑望遠鏡都是採用的反射系統，遺憾的是反射望遠鏡的反射鏡面需要定期鍍膜，故它在科普望遠鏡中的套用受到了限制。
