超精密测量是光学制造的前提。高精度的光学面形测量仍然遵循零位检验原则，计算机生成全息图（CGH）是自由曲面等复杂面形零位检验所必需的补偿器。为此，面向制造过程，重点论述CGH补偿检验原理及其衍射级次的鬼像干扰、投影畸变校正、测量不确定度与绝对检验问题，探讨CGH补偿检验的局限与应对方法。针对制造过程中产生的动态演变局部大误差的测量难题，论述子孔径拼接测量、自适应补偿干涉测量方法，探讨加工原位干涉测量进展。最后，从超高精度测量与溯源、混合光学零件的宏微跨尺度测量、自主可控面形测量仪器及其原位集成三个方面对光学面形测量技术发展进行展望。

Freeform optics has become the most prominent element of the optics industry. Advanced freeform optical designs supplementary to ultra-precision manufacturing and metrology techniques have upgraded the lifestyle, thinking, and observing power of existing humans. Imaginations related to space explorations, portability, accessibility have also witnessed sensible in today’s time with freeform optics. Present-day design methods and fabrications techniques applicable in the development of freeform optics and the market requirements are focussed and explained with the help of traditional and non-traditional optical applications. Over the years, significant research is performed in the emerging field of freeform optics, but no standards are established yet in terms of tolerances and definitions. We critically review the optical design methods for freeform optics considering the image forming and non-image forming applications. Numerous subtractive manufacturing technologies including figure correction methods and metrology have been developed to fabricate extreme modern freeform optics to satisfy the demands of various applications such as space, astronomy, earth science, defence, biomedical, material processing, surveillance, and many more. We described a variety of advanced technologies in manufacturing and metrology for novel freeform optics. Next, we also covered the manufacturing-oriented design scheme for advanced optics. We conclude this review with an outlook on the future of freeform optics design, manufacturing and metrology.

为解决拼接干涉测量过程中的子孔径机械定位误差问题，提出一种基于遗传算法的定位误差补偿方法。该算法利用子孔径重叠区域匹配度作为适应度函数，再使用误差搜索算法计算并补偿子孔径测量过程中产生的定位误差。通过仿真及实验证明该算法对子孔径机械定位误差的补偿能力。拟合柱面镜的仿真结果显示，该算法角度误差计算精度优于0.01°，平移误差计算精度优于0.16 mm，且补偿后的拼接面形与仿真面形基本一致。对曲率半径接近100 m的椭圆柱面镜的拼接测量实验结果表明，所提出的机械误差补偿算法可以有效补偿拼接测量过程中引入的机械定位误差，减少子孔径测量过程中对高精度机械位移平台的依赖。

深紫外、极紫外光刻、先进光源等现代光学工程牵引驱动超精密光学技术持续发展, 超精密光学制造要求与之精度相匹配的超高精度检测技术。作为核心技术指标之一的面形精度通常要求达到纳米、深亚纳米甚至几十皮米量级, 超高精度面形干涉检测技术挑战技术极限, 具有重要研究意义和应用价值。本文分析了面形干涉检测技术发展趋势, 主要介绍了中国科学院光电技术研究所近年来在超高精度面形干涉检测技术相关研究进展。

为了快速准确地分析工程表面，提出了一种基于巴特沃思小波的滤波方法。首先，讨论了小波滤波器的低通幅度传输特性，并以此作为选择适合表面形貌分析小波滤波器的依据。然后，介绍了巴特沃思小波滤波器的构造原理，并给出了它的快速实现算法；综合其优良的传输特性和高效的实现算法，以巴特沃思小波作为表面分析的滤波器，对实际表面轮廓进行了多层分解。最后，利用巴特沃思小波建立了表面轮廓评定的基准线，并给出了确定小波分解层数的方法。实验结果表明，巴特沃思小波能够快速准确地实现表面轮廓的多尺度分析，稳定可靠地提取表面中线；在普通计算机上提取11 200点数据表面中线仅耗时60 ms，利用该中线计算所得Ra值相对误差仅比利用高斯中线所得Ra值相对误差大0.12%。

针对长焦距光学镜面检测中测量光路长，振动干扰较大，不容易用干涉仪进行面形检测的难题，提出了一种基于相位恢复技术的测量方法.该方法用相干点光源照射被测镜，采集一系列焦点附近的衍射光强图像，然后运用相位恢复算法得到镜面面形误差分布.利用衍射光学理论建立了测量模型，并用基于Gerchberg-Saxton算法的迭代算法求解模型.然后仿真验证了光场传播模型的可靠性和测量算法的有效性，并用该方法测量了一块曲率半径8 700 mm，口径145 mm的球面镜.通过对光强图像位置进行优化，并选择适当离焦位置的图像，最终恢复出了镜面面形.相位恢复测量的结果与动态干涉仪测量结果基本一致，并且测量装置简单，对环境要求低.