针对微血管中血流速度慢、血红细胞数量少的特点,采用同步移相显微干涉术实时测量血红细胞的相位,建立血红细胞特征体积模型,对多帧相位图进行特征血红细胞匹配,以实现慢速血流检测。利用牛红细胞阿氏液制备了流速在0.1~1.0 mm/s内可控,内径为100 μm的微血管模型,搭建了基于微偏振阵列的同步移相显微干涉实验装置,通过实验验证了所提慢速血流检测方法的可行性,血流速度的测量误差不超过±11.2%。

为了避免平行平晶测量时前后表面干涉的影响, 基于点源异位同步移相原理, 提出一种均匀性绝对测量方法.测量分为平行平晶前后表面干涉测量、平晶透射波前测量、干涉仪空腔测量三步.每步通过在同一时刻抓拍的四幅移相干涉图恢复波前, 最终由三次测量结果计算平行平晶的均匀性分布.在非抗振平台上测试了一块厚度为60mm的光学平行平晶, 被测样品均匀性偏差的峰谷值为ΔnPV=3.32×10－6, 均方根值为ΔnRMS=2.63×10－7.检测结果与波长调谐干涉仪测量结果的峰谷值偏差为ΔPV=5×10－7, 均方根值偏差为ΔRMS=－7×10－9, 具有较高的一致性.所提方法在环境振动条件下对平行平晶均匀性检测精度可达1×10－6.

同步相移干涉技术通过同时获取多幅相移干涉图, 实现动态波面的相移干涉测量。为了保证测量精度, 在实施相移算法前, 需要对相移干涉图进行准确的位置配准。提出了一种结合加速稳健特征(SURF)提取算法和随机采样一致性(RANSAC)算法的多步干涉图位置配准方法, 通过配准具有一定特征的干涉背景图, 获得图像之间的变换关系并作用于相移干涉图, 实现同步相移干涉图位置配准。仿真分析表明, 该方法在光强不均的情况下对平移和旋转变换均具有较好的校准效果; 在含有高斯白噪声的情况下, 仍能进行配准获得变换矩阵, 完成相位恢复。将此方法应用于四步同步相移显微干涉测量仪对标准平面进行测量, 得到测量结果峰谷值为23.2520 nm, 均方根值为2.3149 nm。

为了研究同步移相干涉仪中延迟阵列的移相特性，采用琼斯矢量和琼斯矩阵作为偏振光和偏振光传递的参量和模型，分析推导了延迟阵列的移相量与快轴方位角误差之间的传递关系，给出了误差传递函数公式，在没有精确校准延迟阵列快轴方位角的情况下，搭建了基于延迟阵列移相的测量装置，利用该装置和Zygo GPI XP 型干涉仪测量同一块球面镜，测量波面均方根值相差0.003λ，峰谷值相差0.033λ。讨论了延迟阵列方位角误差容限和延迟量误差、偏振片透光轴方位角误差对测量结果的影响。

使用同步移相干涉仪重建波前相位时，需要对移相干涉图进行准确的位置配准和目标区域确定以保证重建精度和相位解缠绕算法的成功实施。提出一种基于统计分析方法的圆形域同步移相干涉图位置配准技术，对一组包含不同相位分布的干涉图按照对应像素位置进行方差分布函数计算；利用最大组间方差法完成阈值分割，从而分离出干涉图像的背景与目标区域，通过梯度运算检测出目标区域的轮廓；利用改进Hough变换算法估计出各个轮廓的绝对位置和半径参数。数值仿真结果表明，当轮廓半径大于64 pixel时，该方法的配准精度可以达到0.5 pixel。通过建立自参考同步移相干涉仪对该方法的可靠性与实用性进行实验验证。

在同步移相干涉测量系统中, 利用三部性能参数一致的 CCD同步协同分别提取空间移相产生的干涉图, 来提高干涉图的空间分辨率。选择多 CCD系统中的一个 CCD作为主机, 产生同步信号来控制所有 CCD同时工作, 设计了以视频同步信号发生器 CXD1217Q为核心的同步信号发生和外协同电路, 提出了一种基于 OPA692视频放大器的同步信号驱动和分发电路。

相比于传统的时域移相干涉术(TPSI)，同步移相干涉术(SPSI)能够抵抗振动等时变干扰因素的影响，但其普遍采用的分光和偏振移相结构给测试系统引入了新的误差。提出一种系统误差校正方法，在同步移相测试系统中将球面被测件离焦得到圆载频干涉图，使用圆载频处理技术获得每步移相干涉图的能量和相位信息，为引导对系统中的分光不一致、移相量不准确、干涉图空间位置不匹配三项重要的系统误差进行独立校正，各项误差之间不会相互干扰。该方法的可行性通过数值仿真和实验进行了验证，可用于所有采用分光结构的同步移相干涉系统。