描述了激光合成波长纳米测量干涉仪的测量原理,分析了非线性误差对该干涉仪的影响,得出了由偏振光非正交、椭偏化和光学元件偏振非正交及椭偏化等对该干涉仪造成的非线性误差为偏振态误差的二阶或高阶小量。进行了激光合成波长纳米测量干涉仪和激光外差干涉仪的对比实验,结果表明激光合成波长纳米测量干涉仪的最大误差为2.1 nm,优于激光外差干涉仪的最大误差7.5 nm,验证了激光合成波长纳米测量干涉仪的优越性。

白光扫描干涉测量是光学测量中一种非常重要的方法。在干涉仪的结构、光源的光谱宽度以及扫描步长一定的情况下，选择合适的算法对干涉信号进行处理能够达到更高的测量精度。对重心法、移相法、包络曲线拟合法以及空间频域算法分别加以介绍和比较，为白光干涉信号的算法选取提供了一份详尽的参考。

介绍了一个基于光学倍乘原理的绝对距离干涉测量系统。系统包括两个干涉仪：采用半导体激光器作为光源的定位干涉仪和测量位移的外差干涉仪。介绍了光源的选择，系统的设计以及信号的采集和处理方案。采用这套绝对测量系统，可以实现长度为2m以内的绝对距离测量，定位精度可以达到±0．5μm。

提出了具有两重外腔的自混合干涉。根据半导体激光器的自混合干涉理论,研究了两重外腔自混合干涉模型,及其信号的调制和解调方法。该方法用一个附加的参考反射镜在半导体激光器(LD)和目标间形成两重外腔,参考外腔用于补偿光学频率涨落引入的相位误差。用快速傅立叶变换相位探测技术(FFT)分析自混合干涉信号。运用这些方法,可提高相位测量精度,在微光机电系统、光学工程和其他工程应用上有潜在的实用价值。

虚拟光探针是基于近场光学隐失场干涉原理产生的一种非实体探针,可以应用于近场光学超高密度存储、纳米光刻、近场光学成像、光谱探测、纳米样品的近场光学操作等领域.本研究采用三维时间域有限差分(FDTD)方法对近场光学虚拟光探针的光场分布特性进行了数值模拟计算和比较,分析了孔的形状、大小及偏振态等因素对虚拟光探针光场分布的影响.研究结果表明虚拟光探针的通光效率较普通的纳米孔径光纤探针提高102～104倍;其光场分布的中间峰的半峰全宽(即虚拟光探针的尺寸)在一定距离范围内基本保持不变,从而可以解决近场光学系统中纳米间距控制的难题,避免光学头与介质的碰撞.优化虚拟光探针的设计参量能有效的抑制虚拟光探针中的旁瓣.文章还给出了应用虚拟探针实现高密度光存储的原理方案.

分析了基于衍射准直技术的f-θ系统的特点,在此基础上提出了一种新型长程面形仪用以实现对大型非球面光学表面,特别是同步辐射中掠入射光学元件的高精度轮廓测量.成功地研制了样机,目前新型长程面形仪样机的纵向扫描范围可达370 mm,分辨率优于0.25 μrad,单点稳定性小于0.7 μrad/200 s,全程测量精度可达1.14 μrad,全长扫描的重复精度为0.09 μrad.样机测试结果表明,新型长程面形仪轮廓测量方案能够胜任对第三代及后继同步辐射光源中各种非球面光学元件的轮廓测量任务.

分析和讨论了激光反馈干涉现象,根据半导体激光器的反馈干涉理论,研究了反馈干涉模型及其信号的调制和解调方法,介绍了典型的传感应用.理论和实验表明,激光反馈干涉的理论不同于传统干涉,信号处理方法也有其特点.半导体激光器的光学反馈干涉系统具有结构简单、光路易准直、无需附加器件的特点,因而能够发展成小型、在线测量和过程控制的传感器,测量距离、位移和速度,在微机械、光学工程等领域具有应用前景.

分析了准直激光束照明条件下,相位板中心偏离准直光束中心对衍射图样的影响,并给出了数值仿真结果;提出了一种基于多层前馈神经网络的相位板衍射图样处理方法,相对于传统的最小二乘曲线拟合处理方法而言,精度大为提高.该方法并能适用于包括无衍射光束等复杂图样的细分处理,从而为进一步提高大尺度准直精度奠定了基础.

简述了内腔倍频532nm环形激光器的原理。根据实验要求,采用Nd:YVO4和KTP作为激光晶体和倍频晶体,设计了可调谐的环形腔倍频激光器。实验结果表明,所设计的激光器最大可输出2mW的单纵模绿光,绿光可调谐范围20GHz,满足设计要求。

X射线干涉仪以非常稳定的单晶硅晶格作为长度单位,可以实现亚纳米精度的微位移测量。提出了将X射线干涉仪和扫描隧道显微镜结合起来,利用单晶硅的晶格尺度测量扫描探针显微镜样板节距的技术方案,并进行了实验研究。