为了标定利用补偿器检测非球面的精度，提出采用倾斜计算全息法（CGH）校验补偿器，并将补偿器精度提高。介绍补偿器检测离轴非球面基本原理，同时结合工程实例，设计补偿器检测860 mm×600 mm 的离轴高次非球面，通过加工与装配，仿真分析出装配后的补偿器精度为2.91 nm [均方根(RMS)值]。设计了利用倾斜式的计算全息板检测该补偿器的实验，并分析出利用该CGH 校验补偿器的精度为1.79 nm(RMS 值)。结果表明，受限于补偿器光学元件加工和组装精度，其检测精度未知，通过对补偿器误差进行检测与标定，可以确定利用该补偿器检测非球面的可行性并将其精度提高。

设计一种特殊的应用于计算全息法(CGH)高精度检测离轴凸非球面系统的照明系统。该照明系统一方面用作参考系统，另一方面将检测光近似垂直投射到待检测镜面上，使得检测系统为近似共光路系统，降低照明系统的制造精度。分析了照明系统的几何光路模型，将复杂的两用途系统简化，得到照明系统工作距离、照明系统焦距以及参考面曲率半径三个特征参量之间的关系。设计时，通过控制这几个特征参量，得到满足检测要求的系统初始结构。设计结果表明，该方法可以满足系统使用要求。

非球面高精度检测是目前光学检测研究的热点和难点之一。计算全息(CGH)技术是非球面检测的重要方法，但检测精度受到许多因素的影响。对CGH检测抛物面的误差进行了深入研究。应用Zemax软件对各种检测误差进行模拟计算，利用CGH对抛物面面形进行实际测量，对测量结果中较大的透射波前误差、彗差、球差等进行分析，并将CGH法与共焦小球法的检测进行了结果对比。结果表明，CGH法的设计和制造精度很高，标定基底的透射波前后，理论检测误差均方根(RMS)值低于4.2 nm。实际检测中，CGH的离焦和抛物面偏心会造成较大的测量误差，精密调整后的测量误差RMS值优于4.5 nm。

为了同时对长焦透镜的面形和焦距进行高精度检测，提出在Zygo干涉仪的球面光路中加入一个二元衍射元件作为检测件的计算全息法。 首先对计算全息法检测长焦透镜的面形和焦距进行了理论推导，并给出焦距误差公式。在Zemax中使用在平面基底上制作的二元衍射元件对一个长焦透镜的面形和焦距进行了模拟检测，其中对该长焦透镜面形的干涉检测PV值为0.003 4λ，对焦距的检测精度为-0.11%。最后详细分析了两类误差对检测结果的影响，其中光学元件的位置误差影响不超过0.1λ；二元衍射元件的制造误差影响约0.01λ，在具体制造过程中，其径向位置误差和台阶误差可分别在2 μm和5 nm之内。在综合考虑各项误差的情况下，该方法的检测精度仍然可控制在2λ/25之内。

针对大口径的凸非球面零件使用特殊材料(如采用碳化硅)时无法用传统的背部检验方法的难题,初步研究了计算全息法检测凸非球面的原理和方法。所研究的凸曲面为一扁球面,口径为100 mm,通过设计得出了相应的结果,实现了新型光学元件――二元光学面在凸曲面检验中的应用。