针对在波前测试时，参考镜面自身面形误差、光能利用率不足、环境振动和空气扰动等对干涉测量结果的影响，提出一种基于偏振光栅（PG）分光的同步移相剪切干涉测量方法，通过将横向剪切干涉与同步相移技术相结合实现待测波面的准共光路相移测量。该方法采用1/4波片、PG和平面反射镜的组合作为横向剪切结构，可获得两束剪切的正交线偏振光，线偏振光经二维相位光栅、透镜、小孔光阑和相位延迟阵列构成的同步移相结构后，在CCD上可同时采集到4幅移相剪切干涉图。对x和y方向的剪切干涉图采用基于相位相关的图像配准算法、四步移相算法以及基于离散余弦变换法（DCT）的相位解包裹算法进行处理，得到差分相位分布，再用基于差分Zernike多项式的最小二乘波前重构算法对其进行重构，得到待测波面。通过搭建实验装置对一块透镜和凹面反射镜进行测量，结果表明，该方法的测量结果具有准确性和稳定性，该方法能够很好地应用于波前动态测量，对透射波前和光学元件的面形检测具有重要意义。

为了消除Michelon测量光路中PBS胶合层所引入的寄生条纹误差, 提出了一种以TP(Twin-PBS)结构为分光核心的动态干涉光路。结构以Mach-Zehnder光路为起点, 融合同步移相的偏振光学需求、开放的外部测量臂需求、紧凑化与调校便利性需求以及测试光束和参考光束只在PBS内的镀膜面进行分光的需求。采用琼斯矩阵构建了偏振光传输模型, 通过Zemax等软件的仿真模拟, 对新式光路进行了紧凑化设计和调校工艺流程设计, 压缩了调校步骤。最后利用配置光源组件、成像组件、模块化光路与偏振CCD构成的TP型动态干涉仪对三反系统进行了镀膜前预测量, 实现了(4%)3极弱反射光下的精密测量。

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.

为了实现干涉测量平面的抗振，提出了一种同步移相干涉测量方案并搭建了实验装置。整个测量系统在菲佐移相干涉仪的基础上，利用四分之一波片作为参考镜，获得一对正交偏振光，经过棋盘相位光栅分光，利用光阑选取对于理想光栅衍射效率一致的(±1，±1)级衍射光作为测量分光路，使之先后通过相位延迟阵列和偏振片获得4幅移相量依次为π/2的干涉图。按照传统的4步移相算法，对被测波面进行了复原。分析了光强畸变和移相误差对系统测量误差的影响。与泰曼型同步移相干涉测量相比，该方案可以简化系统结构，减小系统误差，并且更易装校，更适合用于平面的测量。

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。