根据高精密光学系统的需求，结合目前的研究成果，基于干涉测量法研制了长曲率半径测量系统。分析了影响长曲率半径测量系统测量精度的多种误差因素，根据误差理论和系统组成建立了长曲率半径测量系统误差分配的数学模型和误差分配树。结合系统的整体使用需求，对系统测量精度的目标不确定度进行了分配和合成。结果表明，根据分配结果得到的标准不确定度为2.49 μm，小于系统要求的目标不确定度2.5 μm。以此分配结果作为各子系统结构设计的输入指标，总结并提出了提高曲率半径测量精度的措施，根据误差分配结果设计了符合使用需求的长曲率半径测量系统。

考虑用CaF2材料制作投影光刻物镜可以明显提高其性能指标, 本文研究了CaF2材料加工工艺的全流程, 以实现CaF2材料的全频段高精度加工。首先, 利用沥青抛光膜和金刚石微粉使CaF2元件有较好的面形和表面质量。然后, 优化转速、抛光盘移动范围、压力等加工工艺参数, 并使用硅溶胶溶液抛光进一步降低CaF2元件的高频误差, 逐渐去除加工中产生的划痕并且获得极小中频误差(Zernike残差)和高频粗糙度。 最后, 在不改变CaF2元件高频误差的同时利用离子束加工精修元件面形。对100 mm口径氟化钙材料平面进行了加工和测试。结果表明: 其Zernike 37项拟合面形误差RMS值可达0.39 nm, Zernike残差RMS值为0.43 nm, 高频粗糙度均值为0.31 nm, 实现了对CaF2元件的亚纳米精度加工, 为研发高性能深紫外投影光刻物镜奠定了良好基础。

影响高精度光学元件重要的因素之一是支撑结构。主要研究了在三点支撑下，自重变形量与口径和厚度的关系。采用数值分析、有限元法(FEM)模型与实验验证相结合的方法完成对三点支撑下自重变形量的研究。采用薄板理论推导了在三点支撑下，重力变形与口径、厚度的关系；采用有限元法分析了一系列不同厚度、不同口径的平面镜自重变形大小；利用实验验证了模型的正确性。在薄板理论模型基础上，完善了自重变形与不同材料、口径、厚度、形状的变形函数，为快速计算出三点支撑下的自重变形提供理论依据。

用计算全息图(CGH)检测非球面时，除了设计零位补偿CGH 外，还往往设计辅助调节CGH，从而可以利用干涉图来精确调节CGH 的位置。针对这种同时具有零位补偿和辅助调节功能的CGH，提出零位补偿CGH 和辅助调节CGH 之间具有相互补偿效应。针对一高次非球面，设计了四种不同的CGH 配置方案，而后逐一分析了零位补偿CGH 和辅助调节CGH 之间的补偿效应。分析结果表明，在相同的基板误差的条件下，具有自补偿效应的配置方案的Power 项误差小于其他方案的1/40，而球差和高阶球差则小于其他方案的1/70。利用具有自补偿效应的配置方案加工制作了CGH，用此CGH 完成了对非球面的加工检测迭代，非球面面形的收敛精度均方根(RMS)达到0.48 nm。

基于立式Fizeau 型干涉仪曲率半径测量系统，提出了一种简捷的离焦补偿算法，该算法对猫眼和共焦零位置的离焦量进行补偿，达到了提高曲率半径测精度的目的。从理论的角度分析了待测面波前像差中的离焦量与待测面位置偏移量之间的线性关系，并得到了两者之间变化的斜率。结果表明，猫眼和共焦零位置附近离焦量的大小与待测面位置偏移量之间为线性关系，且拟合直线的斜率与理论值相一致。同时，当待测面在共焦位置存在离焦时，利用离焦补偿算法使曲率半径测量精度提高了一个数量级。

在高精度面形检测中，绝对标定是提高检测精度的重要方法。但在平面绝对标定中，无论是经典的三平板绝对检测还是旋转平移绝对检测都无法对平面的power 项进行绝对标定。而利用液面进行绝对标定虽然可以给出完整的平面标定，但是液面易受环境影响，重复性难以提高，因此标定精度往往不高。针对这一难题，利用Fizeau 干涉仪，采用液面方法对平面的power 项单独进行绝对标定，结合旋转平移绝对标定方法对平面其他Zernike 项进行标定，从而得到了完整的高精度的平面绝对标定。不仅提高了检测精度，也对平面进行了完整的高精度标定，大大提高了干涉仪的检测精度。

针对高精度光学系统的需求，利用立式Fizeau型干涉仪，结合双频激光测长干涉仪，实现了亚微米量级的高精度曲率半径的测量。为了验证该测量系统的可靠性，分别使用两个参考镜对一系列不同曲率半径的光学零件进行了检测。对产生测量误差的主要因素进行了详细分析，以SiC小球为例，结合不确定度理论，得到测量结果的不确定度约为0.13 μm（假设是正态分布，置信水平约为95%），证明该测量系统满足亚微米测量精度要求。通过三坐标测量机对同一元件的交叉检测，验证了该系统测量结果的准确性。

针对溶解氧浓度微量探测的现实需求, 提出了一种基于荧光猝灭原理、利用多孔光纤实现的溶解氧浓度测定新方法。该方法将钌联吡啶［Ru(dpp)3］Cl2掺杂的凝胶薄膜修饰在多孔光纤的内壁上, 制备了一种溶解氧测定探头并对其测试性能进行表征。光纤贯穿整个长度的孔洞结构既可以作为敏感膜的载体, 也可以作为待测物流过的通道和反应场所。与传统测试方法相比, 该测试探头的多孔道结构显著提高了比表面积, 指示剂可以与溶解氧直接反应, 提高了探头的敏感性并且具有微量探测的潜力。实验结果表明, 在0～20 mg/L的浓度范围内, Stern-Volmer曲线近似线性, 响应敏感度I0/I为3.6, 响应时间为200 ms。该测试方法在溶解氧微量探测领域具有重要用途。

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。

可调谐光纤滤波器技术是波分复用系统的关键技术之一，对于发展全光通信网络和光纤传感具有极其重要的意义。提出了一种基于大芯径的多模光纤可调谐带阻滤波器，其制作方法是将包层/纤芯直径为125/105 μm的特种多模光纤通过单模光纤接入光纤系统，实现单模多模单模（SMS）光纤结构，并使一端单模光纤与多模光纤熔接，另一端只是共轴对接而不焊接。在多模干涉原理的基础上，利用该结构对应变的敏感性实现可调谐光滤波。该可调谐滤波器的调制和解调借助于放大自发辐射（ASE）宽谱光源和光谱分析仪（OSA）实现。详细给出了该滤波器的理论仿真分析，并实验证实了该方案的有效性。