扫描白光干涉术是目前最精确的表面形貌测量技术之一，被广泛应用于工业与科研领域。从发明至今的三十余年间，在精密光学、半导体、汽车及航天等先进制造领域的需求牵引下，该技术不断取得新的进展与突破。本文从技术应用、方法和算法创新、系统设计、理论模型、校准与误差补偿等方面，总结了过去二十年扫描白光干涉技术的重要进展，对该领域进一步发展提出了展望。

受衍射极限的影响, 传统光学显微镜的分辨率最高约为波长的一半, 突破衍射极限, 获得更高的成像分辨率是近年来显微成像领域的研究热点。相比于其他超分辨显微成像方式, 基于微球透镜的超分辨显微成像方式具有简单直接、免标记等优点。主要介绍国内外研究团队将微球与传统的光学显微镜结合实现超分辨显微成像的研究进展, 从微球透镜参数选择、成像方案、成像分辨率、成像视场及成像机理等多角度进行总结与比对; 并结合课题组工作, 介绍了将微球透镜与干涉显微技术相结合的三维超分辨检测技术, 阐述了Linnik型与Mirau型两种检测光路原理, 分析了三维超分辨检测的效果; 展望了微球透镜超分辨显微技术在显微成像与显微干涉检测两个方面待解决的问题与发展方向。

针对Mirau型干涉显微物镜中干涉平板的装配误差问题,建立了参考板倾斜时的干涉光强表征模型,通过对光瞳面内测试光束和参考光束的分割,求解参考板倾斜时干涉光强的积分表达形式,通过数值计算定量分析参考板倾斜度对干涉条纹包络、对比度的影响,并采用宽带光八步移相算法进行三维形貌复原,据此确定参考板倾斜误差的容限。设计了50×Mirau型干涉显微物镜的参考板倾斜验证结构,通过实验测量了标准台阶板,验证了仿真分析模型的准确性,确定了50×干涉显微物镜中参考板倾斜误差容限为1.5°。

生物细胞的成像是生物和物理领域中的重要研究方向,尤其是大量细胞的测量与分析对于生物研究、疾病诊断具有重要的研究价值和意义。传统的显微检测仅局限于细胞形状的定性观察,且受视场限制,观察的细胞数量难以达到统计要求。将定量干涉显微和视场扫描结合,设计并实现了用于大量细胞成像与分析的定量干涉显微流式细胞仪。定量干涉显微可以恢复细胞的相位分布,结合视场扫描可以对大量细胞信息进行获取与分析。分别选用扩展主程序分析算法、正则化光学流场算法和傅里叶相位恢复算法,并结合不同的扫描方式,实现了对大量细胞相位面积、相位体积和圆率等不同参数的测量与统计。该系统有望在大通量高速细胞检测中获得应用。

指纹识别是一种广泛应用的生物特征识别技术, 但现有指纹身份识别装置由于容易被指纹膜欺骗而存在安全问题, 手指表面弄脏、 太湿或者磨损也会导致识别失效, 存在鲁棒性差的问题。 手指内部220～550 μm的皮肤层, 具有表面(外部)指纹相同的拓扑特征。 这些内部层, 充当“主模板”导致外部指纹按照它的形状生长, 另外, 手指内部的汗腺和微血管结构也和指纹有跟随形状。 这些皮下指纹, 和对应层面的汗腺等组织结构, 具有终生不变性, 我们称之为内指纹。 内指纹难以仿制, 可以用于准确而高度鲁棒的生物身份识别。 但是目前报道的用扫频层析术获得内指纹图像, 由于对二维正面图像提取需要扫描, 并最终从三维指纹结构中重构正面图像, 数据量大, 提取速度太慢, 限制了其实用性。 提出一种基于宽光谱干涉显微术的手指皮肤下内部指纹成像系统, 以宽光谱弱相干白光激光实现3.5 μm轴向分辨率, 采用低数值孔径的光路提高了穿透深度, 利用光源空间非相干性和阵列探测器无需扫描一次性获得6.14 mm×6.14 mm的内指纹图像, 实现了0.4 s每帧的快速读取, 并以三维分层图像展示了手指内部指纹, 及其汗腺结构等特征, 该工作确认了宽广谱干涉显微术快速提取内指纹用于生物识别的可行性, 为高安全度生物识别提供了新方法。

干涉显微物镜是干涉测量显微镜的关键部件，在微纳表面三维形貌测量中应用广泛。设计了一款无限远共轭大倍率Mirau干涉显微物镜，其放大倍率为50×，数值孔径为0.5。基于系统长工作距的特性，干涉物镜采用反远距物镜结构。根据二级光谱理论，分析了干涉物镜的二级色差校正，合理选择了玻璃材料和初始结构。利用光学设计软件Code-V进行系统优化设计，设计结果表明，光学系统全视场范围内在800 lp/mm处的调制传递函数大于0.3，其他各项指标满足设计要求。通过非序列模式建模对所设计的干涉物镜进行光线追迹，仿真分析得到清晰的牛顿环干涉图，结果验证了设计的合理性。

对基于相位探测的干涉型表面等离子体显微术(SPIM)和基于强度探测的常规表面等离子体显微术(SPM)的空间分辨力进行了较系统的理论研究和比较,结果表明SPIM具有较高的空间分辨力.在给定的条件下,SPIM的最大纵向分辨力为0.212pm,是SPM的2.15倍.而在纵向分辨力都为2pm的条件下,SPIM的横向分辨力为2.17(m,是SPM的2倍.