针对Pound-Drever-Hall（PDH）技术存在的线性动态范围窄、抗干扰能力弱的问题，提出一种基于双调制深度+双误差信号的PDH稳频方法。首先采用数字正交解调技术精确提取干涉信号相位以实现本振信号相位和干涉信号相位的自动匹配；然后利用透射功率信号Ptran和传统误差信号SPDH构建一个新误差信号Spre，以扩大PDH稳频系统的线性动态范围；接着，采用大调制深度对应的新误差信号Spre实现快速捕获和预锁定；最后，采用小调制深度对应的误差信号SPDH实现精确锁定。锁定后，可根据Ptran幅值变化自动切换调制深度和误差信号，实现大线性动态范围和高灵敏度的PDH稳频。研制了基于现场可编辑逻辑门阵列（FPGA）的稳频控制系统，对法布里-珀罗腔进行了锁定测试。实验结果表明，双调制深度+双误差信号的自适应锁定机制可极大地提高锁定系统的抗干扰能力，且锁定精度高，3小时腔长相对稳定度达5.72×10^-9，所提方法可以广泛应用于激光频率/谐振腔锁定等领域。

针对空气折射率测量中Edlén公式法测量精度受限于传感器精度，以及固定长度真空腔的激光干涉法条纹整周期难以确定的问题，提出了一种融合激光单频干涉和PTF传感的空气折射率测量方法。设计了基于固定长度单真空腔的正弦相位调制激光干涉空气折射率测量光路。利用低精度传感器获得的空气折射率预测值来确定干涉条纹整数，采用PGC-Arctan算法精确解调干涉信号相位来获得小数干涉条纹，实现空气折射率的大范围高精度实时测量。搭建了实验装置，开展了与Edlén公式法的空气折射率测量比对实验。实验结果显示，在12 min和1 h内，两种方法测得结果具有较好的一致性，两者偏差的标准偏差分别为1.5×10^-8和2.3×10^-8，表明本文方法可应用于激光干涉精密位移测量中空气折射率的实时补偿。

提出了一种基于四象限探测器和波片阵列的集成式干涉信号探测系统。波片阵列的对准误差是激光干涉测量非线性误差的主要来源之一。首先分析了波片阵列对准误差对测量结果的影响机理，然后利用琼斯矩阵建立了波片阵列对准误差引入的非线性误差模型，并搭建实验系统进行验证和研究。实验结果表明，波片阵列引入的非线性误差会随着对准误差的增大而增大，在－20°～20°范围内，四分之一波片引入的非线性误差在0～13 nm之间，二分之一波片引入的非线性误差在0～2.4 nm之间。研究结果对单频激光干涉测量系统的集成化及非线性误差的分析和消除具有重要的参考价值。

针对载波相位延迟和调制深度漂移对正弦相位调制干涉仪中相位解调精度的影响,提出一种基于卡尔曼滤波的相位生成载波(PGC)解调非线性误差补偿方法。首先建立由PGC正交分量参数构成的卡尔曼滤波状态空间观测模型。然后对PGC解调的正交分量幅值和偏置进行最优估计与修正,减小相位解调的非线性误差。最后理论分析阐述该补偿方法的原理,开展模拟干涉信号的相位解调仿真测试和正弦相位调制干涉位移测量实验。实验结果表明:提出的方法能够有效减小PGC相位解调非线性误差,实现纳米级精度的位移测量。

为了改善半导体激光光束质量,使其能够满足大距离高精度干涉测量的要求,使用空间光调制器对半导体激光光束进行整形,提出了一种基于复振幅调制算法的光束整形方法。利用该方法可将半导体激光光束整形为准直性好、光强分布均匀的无像散基模高斯光束。通过光束质量分析对整形后的光束进行评估,实验结果显示整形后半导体激光光束在x和y方向的M²因子均趋于1,像散接近于0,验证了该光束整形方法的有效性。将提出的半导体激光光束整形方法应用于大距离干涉测量中,在8 m处进行了微米级步进位移测量,与纳米位移工作台相比,所得结果达到了亚波长的测量精度。实验结果表明整形后的光束能够满足大距离高精度干涉测量的要求,验证了提出的半导体激光光束整形方法的可行性。