提出一种可用于非球面面形检测的同步环带子孔径干涉（SASI）检测方法。该方法利用双焦点透镜形成两个测量波前来匹配非球面不同子孔径区域，进而实现非球面的同步环带子孔径干涉测量。分析SASI检测非球面面形的原理，确定双焦点透镜的焦点间距选取原则，建立子孔径的基准统一模型，通过光学追迹软件辅助建模和坐标变换实现子孔径基准统一与非球面面形重构。结合实例对一个口径为90 mm、顶点曲率半径为317 mm的抛物面进行面形检测实验，SASI方法面形重构结果与Luphoshcan方法检测结果的对比，验证了SASI方法的正确性。该方法在一定程度上扩大了干涉仪直接检测非球面的动态范围，且无需复杂的运动机构就可以同步得到被测非球面两个子孔径区域的干涉图样，加快了检测速度、降低了运动误差对测量精度的影响。

提出了一种基于光强迭代的单幅干涉图相位提取方法，实现了对单幅干涉条纹图的高精度相位提取。首先通过对原始干涉图进行预处理得到初始相位；将初始相位引入到干涉条纹图的强度表达式中，利用最小二乘法初步得到背景光和调制光；再将初步估计的背景光和调制光代入最初干涉图的强度表达式中以求解待测相位，比较得到的待测相位和初始相位，若不满足迭代精度要求，则重复上述相位求解过程并实现迭代，若求解的相位与初始相位的均方根差值满足收敛条件，则停止迭代。进行仿真和实验研究，得到的Φ100 mm口径平面元件的测量提取结果与实际相位一致。结果表明，该方法在具有较高检测精度的同时能够有效地保证算法的稳定性。

针对散射法在检测光学元件表面划痕时只能得到其光场分布而无法直接得到划痕深度信息的问题，将角谱迭代算法、光强传输方程（TIE）和角谱迭代结合的算法应用到光学元件表面划痕深度检测中。首先，采集光学元件表面的光场分布，分别利用两种重建算法得到表面划痕的相位分布，通过表面划痕对相位的调制特性计算出划痕深度；然后，从强度误差、相关系数及相对均方根误差来对两种算法的有效性进行评价；最后，通过实验验证了光学元件表面划痕深度重建结果的准确性。结果表明，与角谱迭代算法相比，TIE和角谱迭代相结合的算法重建划痕深度的相对误差更小，重建效果更好，重建精度更高。

卫星光通信系统中结构件的表面散射会直接影响信号的传输效率。因此，基于自行搭建的双向反射分布函数（BRDF）测量系统对钛合金、铝合金结构件的表面特性展开测量。首先，分析了1550 nm激光通信波长下结构表面粗糙度和入射角度等因素对BRDF分布的影响。然后，建立了结构件表面的BRDF模型，并通过模拟退火算法获得了最优模型参数。实验结果表明，建模结果与实测结果的相对均方根误差优于7.26%，根据实测数据拟合的ABg模型参数为实际工程应用中的杂散光追迹计算和系统设计提供了必要的数据参数。

本文针对共轭平移差分方法中的关键参数进行研究，提出了一种基于逆向优化策略的平移量最优解确定方法。首先对差分逼近精度及信噪比进行研究，建立噪声条件下的平移量与面形重建误差模型；然后将被测面面形估计值和随机噪声引起的面形偏差作为变量，利用差分Zernike算法求解面形重建容许误差下的最佳平移量区间；最后采用商用干涉仪对标准镜进行不同平移量下的面形绝对检测对比实验。实验结果表明：平移量的取值会直接影响面形测量精度，在最佳平移区间内进行面形绝对检测所得结果与传统三面互检方法所得结果基本吻合，证明了所提方法可以有效提高平面光学元件的面形测量精度。

数字全息测量系统中，记录过程引入的散斑噪声严重影响全息图质量，导致三维重建结果存在误差。相位提取是数字全息三维测量系统中影响精度的关键技术，而相位解包是获得正确连续相位的关键环节。为了抑制数字全息测量系统中的散斑噪声，提出了一种处理包裹相位的散斑噪声抑制方法。首先应用二维高斯窗口在频域内对包裹相位进行局部分析，并基于窗口傅里叶基函数与包裹相位的高相关性选取阈值；然后根据阈值舍弃噪声频谱，获得低散斑噪声的包裹相位。以微透镜阵列为测试对象，实现了数字全息测量系统中散斑噪声的有效抑制。实验结果表明，所提方法保留了包裹相位的2π跳变边界，有效提高了数字全息测量系统的三维重建精度，与未去噪的结果相比，残差降低了28.35%（峰谷值）和20.23%（均方根）。