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。

条纹投影测量技术为复杂曲面提供了一种大动态范围的非接触式三维形貌检测方式。在基于双光纤点衍射干涉的条纹投影检测系统中，系统结构参数对最终面形检测精度影响较大。通过建立系统结构几何分析模型，对系统结构参数进行了优化。针对双光纤点衍射探头投射角标定误差的影响，传统基于零级亮条纹定位的投射端投射角标定方法由于临近级次条纹光强较为接近难以区分而导致存在较大误差，为此提出了一种基于基准平面的投射角迭代校正方法，在原标定方法的基础上进一步提高了其标定精度，进而有效提高了面形检测精度。为验证所提出方法的可行性，搭建实验系统对不同斜率动态范围的待测物测量比对，结果表明校正前后的测量系统与三坐标测量机的测量结果偏差从0.418 2 mm减小至0.021 1 mm，实现了微米级的检测精度，为各类复杂曲面的高精度检测提供了一种可行的方法。

针对大口径的高斜率动态范围光学元件的测量需求，提出了基于光学偏折技术的子孔径拼接测量方法。利用所搭建的条纹投影光学偏折测量系统，结合子孔径划分拼接方法，对各子孔径分别进行测量，并根据实际测量结果与测量系统模型光线追迹结果的偏差，高精度测得各个子孔径的面形数据，由此对各子孔径进行拼接来实现全口径面形测量。光学偏折测量技术相对干涉法具有很大的测量动态范围和视场，可极大降低所需的子孔径数量，由此大大提高了检测效率。同时提出了针对重叠区域的加权融合算法来实现拼接面形的平滑过渡。为验证所提出方案的可行性，分别进行了仿真分析以及实验验证。对一高斜率反光灯罩进行拼接测量实验，并将拼接测量与全口径测量结果进行对比。结果表明，利用所提出测量方法获得的拼接面形连续光滑，且与全口径测量面形RMS值偏差为0.0957 µm，优于微米量级。该测量具有较高的测量精度和大动态测量范围，并且系统结构简单，为各类复杂光学反射元件提供了一种有效可行的检测方法。

为了减小宽带激光调频连续波测量中的色散失配效应，提出了一种外腔可调谐激光器正、反向调谐消除色散失配的方法。当外腔可调谐激光器与光纤光路结合时，系统将产生色散失配效应，表现为目标信号的谱峰展宽和峰值偏移，测距值随调谐带宽增加而变化，导致测量不稳定。为了解决这一问题，研究了外腔可调谐激光器正、反向调谐时的系统色散失配特性，结果表明，在正反向扫频时色散趋势具有对称分布的特点，建立了正反向扫频系统色散失配模型，在此基础上提出通过外腔激光器正、反向调谐实现色散对消。该方法不需要预先标定系统的色散系数，也不需要循环迭代补偿，单次测量即可完成系统色散补偿，从而为提高色散补偿效率提供了一种思路。

使用人工蜂群算法实现对基于Mie散射理论的小角前向散射法的颗粒系粒径多峰分布的反演，并进行仿真和实验.对服从正态分布、Rosin-Rammler分布、Johnson’s S_B分布函数的均匀球形颗粒系进行仿真.分别模拟了单峰、双峰和三峰分布的颗粒群，人工蜂群算法均能较好地实现颗粒粒径的反演.在单峰分布时，颗粒重量频率分布曲线的相对均方根误差低至3.53×10^-8.与独立模式Philip-Twomey-NNLS算法和Chahine算法相比，人工蜂群算法的仿真反演精度更高，其双峰宽分布的颗粒重量频率分布曲线的相对均方根误差分别由3.38%和2.70%降至1.53%，且随着峰数增多、分布曲线宽度变窄和噪声增加，Philip-Twomey-NNLS算法和Chahine算法的误差分别增加至44.99%和24.36%，而人工蜂群算法的误差为18.22%.搭建小角前向散射法颗粒测量系统，分别采集国家标准颗粒35 μm单一颗粒群和30 μm、51 μm混合颗粒群的散射图像进行实验研究，均得到较高精度的反演结果，与Philip-Twomey-NNLS算法相比，其特征粒径的相对误差可降低50%左右，特征参数的相对误差在5%以内.