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。

太赫兹同轴数字全息是一种全场、无透镜、定量相衬成像方法，具有简单且稳健的光路结构，适合太赫兹波应用，然而其固有的孪生像问题会严重降低再现像的质量。提出一种将物理模型和卷积神经网络相结合的迭代相位复原方法，在无需施加约束以及准备预训练的标记数据集情况下，可从单幅同轴数字全息图中高保真度地恢复出样品的复振幅分布，并充分抑制孪生像干扰。仿真和实验结果表明了该方法的可行性，再现像质量优于目前主流方法，即基于物理增强神经网络的方法可以进一步拓展太赫兹数字全息成像的应用范围。

扩展叠层成像方法(ePIE)到达收敛条件时需消耗大量迭代次数及计算时间,计算负担大。为提高ePIE的收敛速度,提出了一种基于非全局轴向多光强限制的快速收敛ePIE。该方法要求经样品调制的衍射光强由分光棱镜分束后用两个相同型号但轴向距离不同的CCD接收,在成像算法上分为2次轴向多光强限制和ePIE重建阶段。轴向多光强限制阶段在ePIE中加入了两个CCD平面之间的往返迭代及强度限制,可约束物函数和照明光场函数向有效方向更新,进而提高收敛速度;ePIE重建阶段使用常规ePIE算法,既能保持轴向多光强限制阶段带来的有效收敛速度,又能减少两个CCD多次往返的衍射计算,提高时间效率。仿真及实验结果表明,本方法在收敛速度和时间效率方面均具有优越的性能。

GS(Gerchberg Saxton)算法具有收敛速度慢、运算精度低和收敛易陷入局部极小值等缺点,其对初值的选择非常敏感。通常情况下,估计的初值越接近真实值,复原效果越好。为了获得更接近于真实值的初始相位,在望远镜的瞳面添加非冗余孔径掩模,对通过掩模形成的干涉图进行处理,获得初始相位,可有效地加快GS算法的收敛速度并提高其运算精度。仿真结果表明所提算法的平均复原精度最少是GS算法的9倍。

传统波前复原方法利用获取的光强信息计算波前斜率或曲率，从而进行波前重构。基于微透镜阵列结构得到的光强信息包含更多的光场信息。基于微透镜阵列结构，分析了光场的四维参数化表征以及光场中空间-空间频率信息的获取与重构。建立了光场的空间-空间频率联合分布与Wigner分布函数的对应关系。提出了基于光场信息的哈特曼相位复原方法，建立了数值计算模型，并进行了仿真。仿真结果表明，基于光强信息的光场空间-空间频率联合分布相位复原方法可有效、快速地对低阶像差进行相位复原，误差较小。该方法在光学成像系统的像差探测补偿中具有广阔的应用前景。

结合液晶空间光调制器(LC-SLM)的可编程相位调制能力，分析了基于LC-SLM 的相位型光栅波前曲率传感器的实现方法。在此基础上，研究了基于拉普拉斯算子本征函数的闭环波前复原方法，通过数值仿真分析了该方法的精度和稳定性。结果表明，与开环复原方法相比，闭环复原方法具有更高的精度和更大的测量范围，而且模式耦合对其稳定性影响很小。

研制点衍射干涉仪时,小孔的形貌和装调误差会对衍射波前质量产生影响,故本文研究了采用相位复原对小孔衍射波前质量进行测评的方法。设计并搭建了衍射波前测试装置,对光纤衍射波前进行了测评实验。为了验证测试方法的有效性,分别对采集的衍射图像与重构的衍射图像,以及测试获得的振幅分布与理论计算获得的振幅分布进行了对比。结果显示。采集图像与重构图像之间的差异为0.32%,验证了采用相位复原技术进行衍射波前测试方法的有效性。同时,对干涉方法测量与相位复原结果进行了对比,二者差异仅为0.001 4λ RMS。

光栅横向剪切干涉仪能够实现超高精度检测光学系统的波像差，是当前光刻镜头研发的重要组成内容之一。零级串扰和相移误差是影响光栅剪切干涉仪检测精度的两个主要因素，为此，提出了一种十三步光栅剪切干涉相位复原算法，在消除零级串扰的同时，还能够极大地降低对相移误差的苛刻要求。分析表明，当相移误差不大于25°时，相位复原误差小于0.01°（即2.8×10-5λ）。对于λ＝193.386 nm，相位复原误差小于0.005 nm。因此，通过系统误差校正，光栅剪切干涉仪检测光刻镜头系统波像差的精度能够达到亚纳米级。

提出了一种基于星点像的环形光瞳快速相位复原方法。推导了环形光瞳点扩展函数的解析计算公式，将其表示为多项式的线性组合，多项式的系数即为光瞳相位分布的环形Zernike多项式展开系数。将该公式用于计算环形光瞳相位复原中的目标函数及其梯度，避免了常用相位复原方法中所需的傅里叶变换和有限差分运算，大幅降低了相位复原过程中的运算量。利用数值模拟和相位复原实验对所提方法的有效性进行了验证，实验结果表明，该方法能够有效提高环形光瞳相位复原的速度。