移相干涉术作为一种高灵敏度的非接触式光学测量方法，在精密测量领域得到了广泛的应用。时空移相方法（spatiotemporal phase-shifting method，ST-PSM）作为一种高精确度的移相算法，可避免传统移相算法的周期误差。这使得该算法适用于存在背景光强不均匀、调制度波动以及移相误差的情况，同时也能测量畸变的干涉条纹图像。然而，该方法中的插值拟合步骤要求干涉图呈矩形区域，对于非矩形孔径的光学元件，无法测量其面形全貌。为突破该局限性，提出将干涉图延拓技术与该方法结合，移相干涉图经延拓成矩形后，再使用时空移相方法进行相位提取，以获得完整的面形信息。数值模拟及实验结果显示，就相同形状下的干涉图，经延拓后使用时空移相方法相较于未延拓测得的波面峰谷值与均方根值更精确。以圆形为例，经延拓后峰谷值由0.1236 λ降至0.0446 λ，均方根值由0.0117 λ降至0.0109 λ(λ=633 nm)。结果表明该方法可用于非矩形光学元件的精确测量。

为了产生半径可自由调控的聚焦环形激光且确保离焦后光束强度仍均匀，本文提出一种透射-反射式组合的环形光光学系统设计方法。对于透射式系统，基于等能量分割原理，建立入射光与出射光投射高度的映射函数，优化透镜的各项参数，将入射的高斯光先整形成平顶圆形光，实现光束强度均匀化。反射式系统通过调整焦面环形光直径调控范围、工作距离等参数，结合几何光线追迹原理，计算圆锥反射镜、抛物柱面镜及动镜的各项参数，将平顶圆形光再整形成环形光。实验结果表明：当动镜半顶角为16°时，所设计系统能够实现聚焦环形光半径在15~30 mm范围的自由调控，尺寸误差不超过0.05 mm，离焦后强度均匀度达到84%。该设计方法无需更换系统镜片即可兼顾强度均匀性和尺寸自由度，可操作性好，产生的环形光加工精度和效率更高。

传统的大口径光学元件干涉测量方法依赖于根据不同测试样品人为改变扩束镜头和光路结构，该方法会不可避免引入一些系统误差，因此针对双光路干涉仪的功能需要和仿真实验，提出了一套对应的双线控制方案。通过蓝牙通信、串口通信和机械结构的相互配合可以对光路进行多次折转和校准，使得每次切换测量口径后的光学元件变化位置固定，并在基于MFC(microsoft foundation classes)开发的交互界面显示实时状态。结果表明：在450 mm测量口径下，PV₁₀测量重复性可达到0.004 λ，RMS测量重复性可达到0.000 4 λ；在100 mm测量口径下，PV₁₀测量重复性可达到0.000 8 λ，RMS测量重复性可达到0.000 16 λ。实验结果表明该系统保障了优越的测量效率和测量重复性，为双光路干涉仪的研发提供了参考价值。

为了实现双面抛光晶圆总厚度变化(TTV)和变形程度中弯曲度(Bow)和翘曲度(Warp)的测量，提出了一种干涉测量方法。采用两个带有标准镜的菲索式相移干涉仪对晶圆正反面同时进行测量，将测量所得晶圆正反面形貌与未放置晶圆时两个干涉仪的空腔形貌进行组合运算，可得到不受标准镜误差影响的双面抛光晶圆的表面相关参数。在组合运算中，由于两个标准镜未精确对准会产生映射误差，影响相关参数的测量结果。针对这一问题，在晶圆测量之前，将三点定位装置固定在两个标准镜之间，基于三点定圆定理不断调整两个标准镜的位置，可使映射误差极小，进而减小映射误差对测量结果的影响。实验结果表明，50 mm晶圆横向和纵向的映射误差分别为21.592 μm和37.480 μm，TTV、弯曲度和翘曲度分别为0.198 μm、−0.326 μm和1.423 μm。为了进一步验证调整方法的有效性，采用单个干涉仪对晶圆进行翻转测量，由测量结果可知晶圆的TTV、弯曲度和翘曲度分别为0.208 μm、−0.326 μm和1.415 μm。所提干涉法在调整好两个标准镜的位置后，可以方便快速的用于大批量大尺寸晶圆的测量，提高了晶圆的检测效率，同时具有较高的测量精度。

为了解决白光干涉相位求解问题，实现微观形貌的高度测量，提出了基于主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）的白光干涉（White Light Interferometry，WLI）微观形貌测量算法。通过搭建的白光干涉显微系统采集多幅干涉图，将其重构成向量形式。在一组干涉图中，用时间平均值来估计背景照明，消除背景光成分。然后，通过矩阵运算得到代表原始数据的特征值及其特征向量。最后，通过反正切函数计算物体的包裹相位分布。实验结果表明，本文所提方法对于标定高度为956.05 nm的台阶测量结果为953.66 nm，且可以获得与迭代算法近似的解，而本文所提方法与迭代算法相比，处理速度提高了2个数量级。利用本文方法分析了表面粗糙度为0.025 µm样块的干涉条纹。结果显示：计算得到的表面粗糙度均值为24.83 nm，标准差为0.3831 nm。本文提出的方法解决了单色光干涉测量中的不足，还具有计算简单、速度快及精度高等优势。

介绍了渐进多焦点眼用镜片的结构。提出了一种双向拟合设计渐进多焦点眼用镜片子午线的方法，采用两条多项式曲线从镜片视远点和视近点双向拟合，获得满足设计要求的子午线。在此基础上，选择与子午线正交、满足设计要求的曲线簇作为轮廓线，计算镜片上各个点的矢高数据，从而获得整个面形。设计结果表明，与只采用一条高阶多项式曲线描述子午线的方法相比较，双向拟合设计镜片子午线的方法可以灵活地调节子午线上光焦度增加的速率，从而控制镜片视远区、视近区以及渐进通道的光焦度和像散，设计满足眼镜佩戴者个性化需求的渐进多焦点眼用镜片，即当镜片参数相同时，双向拟合子午线不同，可以获得相应视觉需要的渐进多焦点眼用镜片。将设计的镜片进行实际加工，并检测加工结果，结果表明，加工获得的镜片性能与设计结果一致。