用全场光学相干层析成像(FFOCT)系统对人体离体结肠组织与肾脏组织进行了高分辨率层析成像。该系统基于Linnik干涉系统,采用白光光源照明,理论分辨率可达0.5 μm。通过面阵电荷耦合元件(CCD)采集多张样品和参考镜的干涉图,以四步移相法获取层析图。运用该系统对人体肾组织进行成像,基于肾的组织学切片特征成功辨认肾组织结构;运用系统对人体结肠组织及结肠腺癌组织进行成像,以组织学切片图像为对照,分析正常结肠组织与结肠腺癌组织的FFOCT断层图像,验证了该成像系统对人体癌变组织的鉴别能力,研究结果为FFOCT技术的临床诊断应用打下了基础。

针对移相干涉测量中振动引起的移相误差和对比度变化, 提出了一种从空间载波干涉图频谱中提取移相和对比度信息的方法。该方法通过分析载波干涉图频谱, 从基带和边带中提取移相和对比度信息, 运用最小二乘法补偿对比度变化并复原波前位相。最后采用构造平滑孔径函数对带有孔径的干涉图进行处理。数值仿真证明: 提出的方法可以高精度检测移相量和对比度变化, 能够有效补偿因对比度变化引起的位相复原误差。在频率为9 Hz、幅度为0.5 μm的简谐振动条件下实验验证了本文方法的实用性。结果显示: 从受振动干扰的干涉图中复原平晶表面时, 其复原误差PV值小于0.015波长。该方法无需硬件改动, 有望为移相干涉测量应用于现场测量提供一种低成本的解决方法。

建立了一套全场光学相干层析(FFOCT)系统，以实现对生物组织和细胞的高分辨层析成像。该光学系统基于Linnik干涉显微结构。不同于现有FFOCT系统采用光纤束照明方式，采用卤钨灯照明和大数值孔径显微物镜成像，压电陶瓷(PZT)移相，面阵电荷耦合器件(CCD)采集干涉信号，由5步移相算法获取层析图，最终合成三维图像。对整套系统的性能进行了详细的阐述与分析，并通过对洋葱表皮细胞和盆栽树叶的光学层析实验,验证了本系统的可行性和精确度。通过对集成电路内部芯片（英特尔奔腾4，横向分辨率达0.8 μm）成像，证明了该系统的分辨率可达到0.7 μm×0.5 μm（横向×纵向）。提出的系统分辨率高、成本低、结构简单便于调节，为实现高分辨率光学相干层析成像提供了简单易行的方法。

研制了一套基于林尼克干涉仪结构的全场光学相干层析成像（FF-OCT）系统，以获得高质量的全场光学相干层析图像。不同于大多数FF-OCT系统所采用的光纤束照明方式，本系统采用卤素灯作为光源，搭建改进型科勒照明系统进行照明。选用Intel Pentium 4处理器芯片作为样品，对其内部结构进行了成像实验，通过四步移相算法根据四幅连续的相移干涉图像获得了样品的层析图像，实验结果证实了成像系统的可行性。使用改进型科勒照明系统的FF-OCT成像系统，与现有的FF-OCT系统相比，结构简单便于制作，且成本低廉，为实现高分辨率光学相干层析成像提供了简单易行的方法。

随着近代光学、光通信等领域的迅猛发展,光学元器件的微小化已成为一个重要的发展趋势。球面是微小光学元件常见的一种面形。研究了一种基于虚光栅移相莫尔条纹术测量小球面曲率半径的方法。实验以Askania环形球径仪配备的曲率半径为17.92mm的标准凸球面样板为例,利用干涉显微镜拍摄了一幅含有载频的被测球面非接触干涉图,通过运用4幅虚光栅、图像相乘、频域滤波和四步移相等算法得到了被测球面的曲率半径。测量均值为R=17.97mm。实验结果表明:用虚光栅移相莫尔条纹法测量小球面曲率半径是完全可行的。

针对移相干涉术易受振动、气流等扰动影响的问题，提出一种时频域双重分析法的抗干扰移相干涉测量方法。采集一系列连续移相的干涉图，通过对干涉图上各点时序光强进行频谱的宽带滤波提取到干涉图采集过程中真实的相位变化，对时序的相位变化信息进行线性统计得到各点初始相位的计算值。在干涉图帧数足够多的情况下，线性统计后随机噪声的影响趋于零，环境振动等非随机性扰动的影响被归结为一个与像素坐标无关的值从而不影响波面形状，因此不影响面形测量精度。通过仿真实验验证了该方法的可行性。将该方法应用在普通实验室条件下的机械式移相干涉测量系统中进行实际的测量，结果与同一个被测件在FISBA干涉仪中的测量结果很好地吻合，验证了该方法的抗干扰能力。

相移点衍射干涉仪利用测试波和参考波的横向错位产生载波干涉条纹，因此测量结果中必然引入一定的系统误差。在分析相移点衍射干涉仪主要系统误差源的基础上，提出了一种新的系统误差标定方法，即旋转光栅法。该方法根据光栅在正交方向上的两次测量结果，利用泽尼克多项式在单位圆域的正交特性和奇偶对称性质即可标定干涉仪的系统误差。可见光波段的标定实验结果表明，系统的几何彗差为－0.116 λ，与理论计算结果－0.133 λ基本一致，证明了该方法的有效性。

对移相干涉测量中影响移相稳定性,从而产生测量误差的小幅度机械振动进行了研究,建立了振动误差模型,仿真分析了Wyant84b三步算法、Hariharan 87五步算法、七步算法和十三步算法4种不同移相算法对振动的免疫能力。模拟结果显示,十三步算法对振动的免疫能力最好,与已发表文献成果吻合,说明本文的模拟具有较高的可信度,在一定程度上能够对影响干涉仪精度的振动误差进行合理预测,并能够起到评价和筛选移相算法的作用。

相移点衍射干涉仪(PS/PDI)的绝对测量精度和重复精度都直接受干涉仪装调误差的影响,因此采用具有高灵敏度的计算机辅助装调技术进行干涉仪的高精度对准是必要的。在PS/PDI空间频域特性分析的基础上,开发了一套高灵敏度的计算机辅助装调方法来实现干涉仪的对准。在粗装调阶段,对光电传感器采集的光场分布进行离散傅里叶变换,利用频谱图中的信息调整PS/PDI;在精密装调阶段,采用干涉条纹的频域对比度作为评价函数,以得到对比度的最大值为目标微调干涉仪。装调实验结果表明,对于可见光波段PS/PDI中直径为1.5 μm的针孔,可以达到优于0.1 μm的重复对准精度。

相移点衍射干涉仪（PS/PDI）是应用于极紫外光刻投影物镜波像差在线检测的高精度检测设备。在介绍国际相关机构PS/PDI研究进展的基础上，重点阐述在干涉仪优化设计、高精度对准、系统误差标定以及干涉图像处理等PS/PDI关键技术研究方面取得的成果。以关键技术研究为基础，开发了一套可见光波段的PS/PDI原理实验装置，并利用该装置检测了极紫外光刻中典型的Schwarzschild投影物镜的波像差，自主开发的20倍缩小Schwarzschild物镜的数值孔径达到了0.2。实验结果表明，干涉仪的重复对准精度优于0.1 μm，波像差的绝对检测精度均方根（RMS）误差达到了0.025 λ（λ为检查光波长），重复检测精度RMS优于0.001 λ，检测速度达到了20 秒/视场点。