为了实现深宽比大于6∶1的硅通孔的形貌测量，提出了一种基于像差补偿的近红外显微干涉检测方法。该方法采用近红外宽带光作为光源，能够穿透硅通孔，检测系统中内置变形镜自适应像差补偿模块，主动补偿硅通孔引入的调制像差。在检测硅通孔三维形貌时，依据COMSOL Multiphysics有限元仿真软件得到的三维硅通孔高深宽比结构对探测光的调制像差规律，指导设置需变形镜补偿的像差种类和量值，用基于频域的评价函数指标阈值，判定硅通孔底部图像的聚焦状态，获得待测硅通孔清晰的底部图像，本质上提升探测光的重聚焦能力。在此基础上，使用垂直扫描干涉法得到待测硅通孔的深度与其三维形貌分布。实验测量了直径为10 μm、深度为65 μm、深宽比为6.5∶1和直径为10 μm、深度为103 μm、深宽比为10.3∶1的硅通孔深孔，并与高精度SEM的测量结果对比，深度测量的相对误差为1%。与白光显微干涉测量结果对比表明，本文所提出的方法可以获得清晰的高深宽比硅通孔的底部图像，有效增强底部的宽谱干涉信号和对比度，能够准确测量更高深宽比硅通孔的三维形貌。

低相干垂直扫描干涉技术是微结构形貌特征参数无损检测的有效手段。但当微结构的沟槽深宽比高于5∶1时，遮挡效应以及阶跃边缘复杂的衍射效应会导致本应仅包含一个包络的垂直扫描测量干涉信号异常，形成两个甚至多个包络，继而影响形貌检测结果。本文解析低相干垂直扫描干涉的测量过程，采用时域有限差分法对低相干显微干涉测量系统的显微成像、相干扫描测量过程进行数值仿真，计算待测微结构表面返回场及显微成像后的像面干涉场，得到低相干显微干涉信号。分别仿真了深宽比为5∶1、80∶3的硅基沟槽微结构的干涉信号，并与实验室自研的Linnik型低相干垂直扫描干涉系统对沟槽微结构的检测信号进行对比，匹配其高深宽比沟槽结构干涉信号的双包络及幅频双峰性的特征，验证所提方法的准确性。该仿真方法可应用于实测前对被测结构低相干显微干涉信号的先验性仿真计算，通过提前分析信号特征，为形貌复原算法的选取及改进指引优化方向。

白光显微干涉术通过驱动干涉显微物镜垂直扫描移相，采集低相干干涉图序列，定位干涉包络中的零光程差位置，获取待测表面的三维形貌。微观形貌的计算由获取粗略形貌的垂直扫描（VSI）算法和获取精细形貌的移相（PSI）算法两部分组成。通常情况下，设置垂直扫描移相的步长为八分之一中心波长，但移相器误差和干涉显微物镜数值孔径效应等都会使得移相量偏离π/2。文中采用基于对比度变化重心提取的VSI算法，4M幅法和7幅法两种PSI算法，分别讨论了两种类型移相误差对形貌计算的影响。理论和数值分析结果表明，在宽带光作用下，7幅法仍对移相误差不敏感，4M幅法产生的精细相位误差形式恰好与干涉物镜数值孔径效应对条纹展宽的影响相一致，在从精细相位转换为精细形貌时相互抵消。因而，采用基于对比度变化重心提取的VSI算法和4M幅PSI算法计算形貌数据，干涉物镜数值孔径效应造成的移相误差无影响，移相器误差造成的形貌复原误差可以通过预先测量已知高度的标准台阶进行标定去除。应用上述移相误差校正方法测量了高度为460 nm的台阶，形貌测试结果正确且鲁棒。

为了实时准确地将激光直写系统中经直写物镜聚焦的光斑定位于待加工元件表面，提出了一种基于波像差判据的同步相移显微干涉检焦方法，实现了对离焦量的实时检测与调整。在直写系统中引入检焦光路，与直写光路共享同一物镜，构建Linnik型同步相移显微干涉检焦系统，提取包含离焦量的波面相位信息；再从大数值孔径（NA）的物镜波像差数据中解析出离焦量的大小与方向。仿真结果验证了基于波像差判据的离焦计算方法的正确性，NA≥0.5时，离焦探测灵敏度可达4 nm, 通过实验验证了同步相移显微干涉检焦方法的可行性，检焦精度可达10 nm以内，满足激光直写高精度的测量要求。

血红细胞的形貌特征是医学领域对多种疾病进行预防和诊断的一项重要指标，提出一种同步移相显微干涉法实现对血红细胞形貌的动态测量。搭建了透射式显微干涉成像系统，测量了100 μm内径模拟微血管内、名义直径为7 μm～8 μm、高度最大值为2 μm的新西兰兔血红细胞，针对血红细胞所处的微血管环境提出了基于微血管相位相减的血红细胞形貌提取方法和成像放大率校正方法，实验得到模拟微血管内的血红细胞平均直径7.757 μm和平均最高高度2.022 μm，验证了本方法具有在体定量测量血红细胞形貌的潜力。