提出了一种基于远心镜头与曲面屏的非连续镜面三维形貌测量新方法，在增加大曲率镜面成像范围的同时，提高了三维数据的测量精度。首先，在显示屏上显示标准正弦条纹图，相机分别记录经由平面参考镜和被测镜面反射的正弦条纹图像。然后，利用四步相移法和最佳三条纹选择法得到对应的相位分布值。接着，与平面参考镜比较，得到经由被测镜面物体表面调制后的相位变化。根据所建立的数学模型，推导相位与深度间对应关系，并对其系统参数进行标定。最后，对大曲率镜面和非连续镜面标准台阶进行了测量，验证了该方法的精度和有效性。

波长调谐移相干涉技术是通过改变光波长来计算相位的。为了减少可调谐激光器在变波长进行移相时光功率的随机变化对相位计算产生的误差, 本文提出了一套光强实时反馈控制系统和同步校准方案。首先分析了光强在某一范围内的随机变化产生测量误差, 并选用合适的光电检测设备搭建了一套光强控制系统。该系统能够将光信号转化为电信号, 并通过PID来实现对光强的控制。实验结果表明, 本系统能够将光强的变化范围控制在±0.002 mW以内, 其响应速度达到600 kHz, 已远远超过干涉仪CCD的取图速度。最后, 对口径为50 mm的光学元件进行表面形貌检测, 加入本控制系统后, 面形精度的测量指标PV值和RMS值分别提高了1.53×10-2λ和2.43×10-3λ, 表明本系统在高精度的光学元件检测领域具有重要的实用价值。

为提高光学表面的功率谱密度检测精度, 研究了白光干涉仪仪器传递函数(ITF)的产生机理和标定方法。将白光干涉仪作为非相干成像系统, 对正弦表面干涉光强进行Bessel函数展开, 通过干涉光强的频谱强度变化研究白光干涉仪对正弦表面高度的作用机理, 利用数值仿真计算了白光干涉仪对正弦表面的衰减程度。采用30、80、120 nm高度的台阶标准板对商品白光干涉仪的传递函数进行标定, 并提出了一种可靠的ITF计算方法。理论分析、数值仿真和实验结果表明: ITF随表面高度的增加而增大, 此时白光干涉仪对表面高度的响应表现出明显的非线性; 表面高度小于λ/10得到的ITF曲线与白光干涉仪光学系统调制传递函数非常接近, 白光干涉仪对表面高度的响应接近线性。文中对于白光干涉仪频域传递特性研究和光学表面功率谱密度检测具有重要意义。