星载测风激光雷达具有高精度、高垂直分辨率、全球覆盖等特点，是获取全球风场的有效手段。聚焦于米散射通道测风模式，对冰云与气溶胶同时存在的较复杂场景实施星载激光雷达测风的仿真模拟。基于菲佐干涉仪的测风原理构建了一套包含6个子模块的正演模型，以大气激光多普勒雷达（ALADIN）仪器参数作为输入值，模拟了典型场景下的探测信号，并结合反演分析了测风精度水平。结果发现，云层和气溶胶的回波能够增强探测器获取信号的信噪比，从而提升反演精度，将风速误差控制在±1.2 m/s范围内；但当云层冰水含量较大时，由于衰减作用使得云层下方信噪比削弱，从而增大反演风速误差，部分区域甚至无法实施有效探测。另外，在采用重心法反演风速时，可通过增加累积电荷耦合器件（ACCD）探测器通道数来减小风速振荡误差。上述研究可为设计和改进星载测风技术提供参考。

激光干涉仪中光学元件上的瑕疵、气泡和脏点等会在干涉图中引入类似“牛眼环”的相干噪声。为解决这一问题，提出一种基于多模光纤扩展光源的相干噪声抑制方法。该方法利用扩展光源抑制相干噪声，选择最优多模光纤纤芯保证良好的干涉条纹对比度，并使用复合散斑抑制技术，通过多模光纤和旋转毛玻璃减小散斑对比度，抑制多模光纤模式干涉产生的散斑噪声。在直径为300 mm的干涉仪中进行了仿真分析与实验验证，结果表明：在直径为300 mm的菲佐立式平面干涉仪，腔长为500 mm，相机曝光时间为5 ms的条件下，将该光源系统中多模光纤纤芯直径范围控制在0.52~1.70 mm范围内，可以保证干涉条纹对比度大于0.75；干涉仪最终成像的散斑对比度维持在0.04左右，最小可以达到0.044；多模光纤扩展光源进一步提高了光源的均匀性，干涉仪中成像背景更均匀。实验证明了所提方法可以有效抑制干涉图中的相干噪声。

菲佐激光干涉仪使用的标准球面镜头通常只能在特定波长下使用。提出了一种通过调整镜头内部透镜间隔来改变其工作波长的方法,利用该方法设计了两款可变波长标准球面镜头,口径为19.05 mm,镜头光圈系数分别为5.6和8。镜头在各目标波长下的参考波前质量均满足设计要求,并分析了公差容限以确保镜头具有可实际加工性。根据可变波长标准镜头的装调和工作原理设计了机械结构,并研制出光圈系数为8的实验镜头,测得其透射波前峰谷值在标准632.8 nm激光干涉仪下小于λ/10(λ为入射光的波长),镜头的实际加工误差在容限范围内。使用多波长激光干涉装置和实验镜头测量了同一球面元件的面形,在5种波长下测量结果基本一致,实验结果表明,可变波长标准镜头可以用于实际检测。该类镜头的研发节约了检测成本,提高了标准镜头在激光干涉测量中的利用率,该镜头具有较高的工程应用价值。

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。

考虑菲佐型波长移相干涉仪中波长可调谐激光器光强与调节电压之间的关系会对相位计算精度造成影响，本文提出了一种基于光强自标定的波长移相算法。首先，分析了波长可调谐激光器调节电压与输出光强之间的关系，建立了数学模型；然后，依据最小二乘判据，推导出了波长移相干涉仪的光强自标定移相算法。最后，实施了仿真实验，通过计算机生成背景光强具有一定变化的12幅干涉图，利用所提出的算法进行了相位恢复。结果表明，提出的算法可以很好地免疫激光器的光强变化，实现高精度的相位恢复。对口径为100 mm的平面镜的测量结果显示RMS为0.005λ，PV为0.073λ。与ZYGO干涉仪测量结果的比较显示，两次测量面形的偏差RMS为0.0014λ，PV为0.022λ。得到的结果证明了算法的可行性及在菲佐型波长移相干涉仪中的实用性。

由于影响曲率半径测量精度的因素众多，因此高精度曲率半径测量一直是光学检测中的难题之一。为了实现球面光学元件曲率半径的高精度测量，提出通过环境补偿和提高对准精度的方法来减小测量误差。首先从理论的角度分析了影响曲率半径检测精度的主要因素，并给出了在曲率半径测量过程中减小测量误差的方法以及相应的补偿方式。基于此分析，在高精度实验室中采用菲佐干涉仪结合高精度测长干涉仪的干涉测量方式，分别对典型的凸球面和凹球面光学元件进行了曲率半径检测。实验结果表明：通过环境补偿和提高对准精度的方法，曲率半径检测的复现性优于0.2 mm，实际测得的相对误差分别为0.67×10-6（2s）和0.60×10-6（2s），实现了高精度曲率半径测量。

为实现同步辐射用光学元件面形的绝对检测，发展了镜面旋转对称三平板检测法。该方法将菲佐干涉法检测到的波前函数关于y轴分解成镜面对称部分与镜面非对称部分，再利用N次旋转取平均值消除镜面非对称部分，从而通过计算获得待测平面的绝对面形分布。推导了镜面旋转对称法检测矩形平面镜面形的公式，应用该方法设计了高精度矩形平面镜的测试实验，并进行了误差分析。实验结果表明，与传统三平板绝对测量方法相比较，两种方法在高度轮廓误差和斜率误差方面的计算结果都符合较好，其对比后的残差均方根(RMS)值分别为λ/500(λ=632.8 nm)与0.93 μrad。

菲佐干涉仪中如存在多光束干涉现象，干涉光强将不再是严格的余弦分布形式。在导出菲佐干涉仪中多光束干涉光强公式的基础上，给出了将其近似为理想多光束干涉光强公式的条件。推导了对多光束相移干涉图用四幅算法求解的相位计算误差，并据此提出了基于π/4相移平均的多光束干涉相位提取算法：通过采集相移间隔π/4的两组干涉图序列，将两次计算得到的相位值平均来抑制由多光束干涉引入的误差。在存在相移随机误差的条件下，模拟了参考面具有不同反射系数时的相位计算误差。用菲佐干涉仪检测反射系数较高的反射镜，采集22幅相移干涉图计算波面数据，结果表明：常规相移算法计算得到的波面数据中存在明显的4倍条纹周期的波纹误差，而采用基于重叠四步平均法的π/4相移平均方法可以有效地抑制多光束干涉造成的波纹误差影响。

光刻投影物镜元件面形精度为纳米量级,因此要求检测精度为纳米到亚纳米量级。为了完成光刻投影物镜的光学元件面形检测任务,提出了利用菲佐型干涉仪进行检测的方法。通过理论分析和计算模拟,分别对相移误差、参考面误差、探测器非线性误差等系统误差以及光源稳定性、环境控制等影响干涉仪测量精度的主要因素进行分析,给出了测量误差大小与干涉仪结构参数之间的关系。计算结果表明,限制菲佐干涉仪检测精度的主要因素是参考面的精度和环境的影响。针对以上结果给出了提高干涉仪测量精度与减小测量误差的方法,对高精度菲佐干涉仪的研制具有一定的参考价值。

提出了一种基于菲佐干涉仪的并联复用光纤法珀加速度传感器的解调原理及系统,其中光纤法珀加速度传感器是基于惯性质量引起法珀腔腔长变化实现加速度传感的原理。针对此并联复用系统,建立了菲佐干涉仪的相对输出光强与光纤法珀加速度传感器的法珀腔腔长和菲佐干涉仪的厚度之间的关系模型,进一步建立了基于菲佐干涉仪的光纤法珀加速度传感器系统的加速度传感理论模型。在此基础上对菲佐干涉仪解调并联复用光纤法珀加速度传感器信号的原理进行了数值仿真,并对基于菲佐干涉仪解调的多通道光纤法珀加速度传感器并联复用能力进行了分析。研究结果表明,数值仿真结果和理论分析相吻合,菲佐干涉仪解调多通道光纤法珀加速度传感器并联复用系统具有可行性。