线边缘粗糙度（LER）和线宽粗糙度（LWR）是衡量线宽标准样片质量的重要指标。文中基于自溯源光栅标准物质的自溯源、高精密尺寸结构特性，提出了一种直接溯源型精确校准SEM放大倍率的方法，以实现SEM对线宽标准样片关键参数的测量与表征。利用校准后的SEM，对利用Si/SiO₂多层膜沉积技术制备的线宽名义值为500、200、100 nm样片进行关键参数的测量，采用幅值量化参数的均方根粗糙度 RMS描述线边缘粗糙度与线宽粗糙度，并通过图像处理技术确定线边缘位置，对线宽边缘特性进行了精确表征。实验结果表明，名义值为500、200、100 nm对的线宽样片，其实测值分别为459.5、191.0、99.5 nm，$ {\sigma }_ {\rm{LER}} $分别为2.70、2.35、2.30 nm，$ {\sigma }_ {\rm{LWR}} $分别为3.90、3.30、2.80 nm，说明了多层膜线宽标准样片线边缘较为平整、线宽变化小、具有良好的均匀性与一致性。基于自溯源标准物质校准SEM的方法缩短了溯源链，提高了SEM的测量精度，实现了线宽及其边缘特性的精确表征，为高精度纳米尺度测量和微电子制造领域提供了计量支持。

针对单波长Mirau干涉显微镜存在测量范围小和2π模糊等问题，提出了多波长Mirau偏振干涉显微镜，以实现微观轮廓的大动态范围测量的和表面粗糙度等显微结构的瞬态检测。系统利用R、G、B三个单色LED光源实现多波长干涉；利用彩色偏振相机获取瞬态相移干涉条纹图，降低实时瞬态检测中复杂的环境扰动影响；利用线栅偏振片调节条纹对比度，满足不同被测对象的反射率检测要求。为验证系统方案的可行性，经过系统误差补偿校准后测量标称值为1.993 9 μm的标准微米台阶，结果与标称值的偏差约为5.4 nm。利用该方法与Wyko干涉仪对金刚石车削凸面反射镜表面微观轮廓和表面粗糙度进行测量，表面粗糙度测量结果均方根值偏差为3.7 nm，验证了该系统可实现高精度的大动态范围测量。

针对传统光纤预制棒制造技术存在能耗高、污染大的问题，文章提出了一种以石英砂为原料的绿色环保光纤预制棒外包层制造技术。通过对石英砂原材料的选型分析表明，天然石英砂适用于光纤预制棒的制造。通过对天然石英砂制棒工艺的核心控制点进行研究，将石英砂装填到芯棒和石英薄壁管组成的预制组件内并经过高温融缩成功制备出了平均外径155 mm的大尺寸G.652.D光纤预制棒。所制备的光纤预制棒经过拉丝和测试验证，各项光学参数均达到低水峰光纤的标准要求。该工艺过程中无废气排放且石英砂原料可以得到完全转化，相较于传统制棒技术更为低碳环保。

针对工业环境下粗糙金属表面微小振动的在线测量需求，提出了一种基于差动式双波混合干涉的微小振动检测系统。该系统将极性相反的高电压分别施加在两块硅酸铋晶体上以得到差动式双路振动解调信号，进而通过差分处理抑制对电压极性不敏感的噪声并提高灵敏度。为验证所提出方案的可行性，分别进行了仿真分析与实验验证。对一粘连在压电陶瓷上的紫铜片进行振动测量实验，并将振动测量结果分别与施加在压电陶瓷上的电压和激光测振仪的测量结果进行对比。结果表明，利用所提出检测系统可准确获得振动信号的频率、相位和幅值信息，与单路式结构相比，差动式双波混合干涉仪的灵敏度提高了一倍，信噪比从27.47 dB提高到了30.83 dB，相对误差的均方根值从3.07%降低到了1.42%。

为了提高现有的三维坐标定位技术的测量精度、稳定性和测量效率，提出了基于深度学习的点衍射干涉三维坐标定位方法。该方法设计了一个深度神经网络用于点衍射干涉场的坐标重构，将相位差矩阵作为输入，构建训练数据集，将点衍射源坐标作为输出，训练神经网络模型。利用训练有素的神经网络对测量到的相位分布进行初步处理，将相位信息转换为点衍射源坐标，根据得到的点衍射源坐标进一步修改粒子群算法的初始粒子，进而重构出高精度的三维坐标值。该神经网络为建立干涉场相位分布与点衍射源坐标之间的非线性关系提供了一种可行的方法，显著提高了三维坐标定位的精度、稳定性和测量效率。为验证所提方法的可行性，进行了数值仿真和实验验证，采用不同的方法进行反复对比与分析。结果表明：所提方法的单次测量时间均在0.05 s左右，其实验精度能够达到亚微米量级，重复性实验的均值和RMS值分别为0.05 μm和0.05 μm，充分证明了该方法的可行性，并证明了其良好的测量精度和可重复性，为三维坐标定位提供了一种有效可行的方法。

针对微流控芯片通道和缺陷的检测要求，设计构建了一套基于预放大离轴光路的反射式像面数字全息显微实验系统。探讨了数字全息显微测量中横向尺寸在视场占比较大的低空间频率物体的相位畸变矫正方法，提出两步相位相减法更适用于该类型物体的相位畸变矫正。通过宽度为55 μm、高度为65 nm的台阶标准样板实验对两步相位相减法、一般多项式曲面拟合法和Zernike高阶多项式曲面拟合法在相位畸变矫正效果上进行对比分析，分析结果表明两步相位相减法矫正畸变后的台阶平均高度相对误差为1.1%，较其他方法的误差更小，畸变矫正效果更好。另外，实验以通道宽度为80 μm的微流控芯片为被测样件，实现了芯片通道以及通道表面断裂型和缺损型缺陷的三维形貌检测，并得到定量结果：断裂型缺陷的宽度为14.1 μm，深度为431.7 nm；缺损型缺陷的宽度为33.6 μm，深度为295.1 nm。实验结果表明：像面数字全息显微实验系统为微流控芯片通道及表面缺陷的快速无损测量提供了新的途径，对于微流控实验系统质量评价具有重要意义。