由共用镜坯、径向折叠的多个环带反射镜组成的成像系统具有紧凑化、免装调的特点。为确保各反射镜的面形精度和相互位姿精度，提出了计算全息（Computer Generated Hologram, CGH）补偿干涉测量方法。针对可见光/近红外成像需求，基于共轴折叠思路设计了环带四反射镜成像系统；应用金刚石车削工艺加工了多环带共体反射镜；重点针对其中共体的主镜、三镜和次镜、四镜分别设计了CGH补偿器，通过合理选择离焦载频和CGH轴向位置，有效分离了干扰衍射级次的鬼像，实现了多个反射镜面形与相互位姿误差的同步检测。干涉测量结果表明，多个反射镜同时达到接近零条纹状态，面形精度和相互位姿精度较高，且无鬼像干扰。系统对100 m远处目标探测实验表明，反射镜不需要额外装调即可实现良好成像，具有集成度高、研制周期短、成像质量高的优点。

凸非球面反射镜在反射式光学系统中的应用非常广泛，但其面形高精度检测一直是光学制造领域的难题。为了实现小口径、深度凸非球面的面形高精度检测，提出了一种基于计算全息图（Computer Generated Hologram，CGH）的零位干涉检测技术。首先，详细阐述了该技术的检测原理和方法，给出了计算全息中补偿测试全息和对准标记全息设计过程中的技术要点；然后结合工程应用，针对口径15 mm、顶点曲率半径11.721 mm、非球面度达到72 μm的深度凸非球面，设计并制造了相应的CGH补偿元件，完成了相应零位干涉检测系统的搭建和检测实验；最后，与Luphoscan的检测结果交叉对比，验证了该检测方法的准确性。该技术为小口径凸非球面的高精度检测提供了一种有效的方法，具有显著的工程应用价值。

计算全息图被广泛应用于高精度离轴非球面面形检测，为提升低反射率材料检测过程中的条纹对比度，提出了一种混合型计算全息图，对准区域使用反射型全息图，基于衍射效率模型给出了最佳对比度对应的膜层反射率，主区域使用位相型全息图实现衍射效率的提升，从而提升检测区域的条纹对比度。通过多步半导体工艺实现混合全息图的加工，并对某微晶材料离轴非球面进行检测，实验结果表明：该混合型计算全息图可以获得清晰的条纹对比度，最终检测精度优于0.02λ （λ=632.8 nm），该混合型计算全息图可广泛应用于低反射率非球面检测。

工业镜头元件口径小、数量多、精度要求高，将自由曲面用在镜头凸面上会导致面形复杂、偏离量大，对表面面形检测提出了很高的挑战。提出了基于计算全息板（Computer-Generated-Hologram, CGH）的干涉检测方法，并利用Zemax对光路进行优化设计，建立了镜头装夹误差对检测结果的影响分析模型，提出了镜头高精度干涉检测方案，并结合实验验证了分析模型和检测方案的可靠性。实验结果表明：利用CGH可实现凸自由曲面工业镜头的全口径干涉检测，检测结果为0.57 μm PV（满足镜头检测需求），并结合轮廓仪对比验证了干涉测量的可靠性。

为了提高JTC光学图像加密系统的实用性，解决其噪声问题，提高其加密效率和安全性，提出了一种基于计算全息和傅里叶变换频移特性的JTC系统多图像光学加密方法。首先多幅不同尺寸和类型的图像经过随机相位调制和傅里叶变换，然后傅里叶频谱经过频移相位调制后叠加并编码为二元实值计算全息图，最后经过JTC光学图像加密系统完成加密。解密时，加密图像经过4F系统解密获得计算全息图，二元实值计算全息图具有很强的抗噪性，可消除噪声，然后经过傅里叶变换获得多幅解密图像。仿真实验结果表明，该方法可实现多幅不同尺寸和类型图像的并行加密和解密，具有高加密效率，同时多幅图像互为密钥和双重光学密钥使得该方法具有很高的安全性。

基于计算全息图（Computer-Generated Hologram，CGH）的非球面检测技术通过控制衍射光相位来生成所需要的参考波前，从而实现非球面的零位检测，近年来，该技术已经发展成为非球面的主流检测技术。对于CGH编码，采用传统编码方法实现高精度编码，其数据量往往高达几十甚至上百GB。因此，为同时确保编码精度高及编码数据量小，本文提出了一种变步长CGH编码方法。该方法首先通过寻找等相位面的方法得到CGH条纹分布，然后通过计算相位分布梯度选取不同的取样步长，使CGH能利用尽可能少的点实现高精度编码。利用变步长搜索的编码方法进行编码并制作了CGH对非球面样品进行检测，检测结果为3.142 nm （RMS）。为验证检测结果可信度，本文设计并制作了补偿器对同一非球面进行检测，其检测结果为3.645 nm （RMS）。对两检测结果点对点做差，RMS值为1.291 nm，结果表明该编码方法可满足非球面高精度检测需求。