菲佐激光干涉仪使用的标准球面镜头通常只能在特定波长下使用。提出了一种通过调整镜头内部透镜间隔来改变其工作波长的方法,利用该方法设计了两款可变波长标准球面镜头,口径为19.05 mm,镜头光圈系数分别为5.6和8。镜头在各目标波长下的参考波前质量均满足设计要求,并分析了公差容限以确保镜头具有可实际加工性。根据可变波长标准镜头的装调和工作原理设计了机械结构,并研制出光圈系数为8的实验镜头,测得其透射波前峰谷值在标准632.8 nm激光干涉仪下小于λ/10(λ为入射光的波长),镜头的实际加工误差在容限范围内。使用多波长激光干涉装置和实验镜头测量了同一球面元件的面形,在5种波长下测量结果基本一致,实验结果表明,可变波长标准镜头可以用于实际检测。该类镜头的研发节约了检测成本,提高了标准镜头在激光干涉测量中的利用率,该镜头具有较高的工程应用价值。

针对使用点光源的激光干涉仪在测量中容易出现相干噪声的问题,阐述了环形光源抑制相干噪声的原理,分析了环形光源半径及厚度与条纹可见度之间的关系,提出一种基于环形透镜产生环形光源的光学系统。该系统包括扩束系统、环形透镜和双远心镜头,根据菲索干涉仪中的准直镜头和干涉腔长得到环形光源的目标参数。使用Zemax分别设计了环形光源系统中的三个子系统,并保证各部分光学系统之间良好衔接。其中：环形透镜由一个非球面透镜旋转而成;双远心镜头可以使环形光源直径缩小到合理范围,并确保最后环形光源上每个离轴点的出射光束都与光轴平行。最终设计出环半径为0.38 mm、厚度为12.5 μm的环形光源,在准直透镜焦距为900 mm、干涉腔长为100 mm的情况下,干涉条纹可见度的理论值大于0.98。

为了实现对回转锥形内表面的形貌精密测量，分析了干涉测量中误差产生的原因，明确了误差对测量结果造成的影响。通过在圆柱坐标系下建立数学模型，推导出偏移误差和角度误差的数学公式，并对误差公式进行分析。结果表明：圆锥反射镜的偏移量和顶角的加工误差都会造成光程差；当偏移量极小时，光程差与反射镜偏移量成线性关系；光程差对于角度误差非常敏感，为了保证测量精度，需要严格控制圆锥反射镜的顶角大小。

基于Zernike多项式波前拟合法, 提出计算离焦位置任意波长透射波前Zernike系数的算法, 在聚焦位置Zernike系数基础上补偿离焦距离内Zernike系数变化量.以典型的消色差望远物镜为例, 根据设计波长及权重优化其工作位置, 计算不同波长的聚焦位置与工作位置的离焦量, 使用该算法验证消色差系统工作位置任意波长Zernike系数.与在工作位置直接使用Conrady-Zernike公式对比表明, 该算法对于与位置有关的Zernike系数计算效果明显, Z1的绝对误差由6.78降低到了1.41, Z4的绝对误差由6.83降低到了1.45.

提出了一种干涉仪标准球面镜头智能化选择的方法, 能够根据被测样品的类型、口径和曲率半径智能化地选择出符合测量要求且经济实惠的光学系统口径和标准球面镜头, 并通过表格导入数据来输出结果, 这为光学的检测节约了时间、提供了便利。最后, 程序优化了所选择标准球面镜头的数量, 大大缩减了成本。

针对平面干涉检测技术的检测精度受限于参考面面形精度的问题, 提出使用基于奇偶函数的高精度绝对检测方法消除干涉系统中参考面面形误差的影响。对旋转角度误差与旋转偏心误差对绝对检测方法测量精度的影响进行了仿真分析。利用商用菲索干涉仪, 设计和分析了绝对检测精度实验及重复性实验。仿真结果显示: 旋转角度误差在达到0.13°时, 测量误差PV值为0.000 1λ; 旋转偏心误差达到3 pixel时, 测量误差PV值为0.005λ。实验结果显示: 测得实际样品的绝对检测精度PV10值为0.041 5 λ, RMS值为0.008 7 λ, 小于常规干涉检测所得结果; 对同一平面两次独立的绝对检测结果进行点对点作差处理, 从而获得残差图, 其残差图PV10值为0.004 λRMS值为0.000 5 λ。实验结果表明了该方法的高重复性和有效性。