提出一种基于残差网络改进的卷积神经网络模型，应用于乳腺组织光学相干层析图像的辅助诊断。该方法采用残差网络作为基础框架，利用级联的小卷积层替换大卷积层，使用八度卷积替换部分卷积层，并且加入注意力机制，构造出一个具有双重过滤结构的残差网络模型。双重过滤结构不仅能够减少模型整体的参数计算量，还能使模型在特征提取时侧重于含有丰富结构信息的高频分量，降低低频分量占比，减少信息冗余，从而提高模型对于近似结构图像的分类识别能力。对比实验结果表明，提出的双重过滤残差网络模型对纤维脂肪、基质和肿瘤3类乳腺组织光学相干层析图像实现96.88%的分类精确度，且分类性能比目前经典的卷积神经网络模型更加优异，在乳腺癌切缘术实时诊断领域具有潜力。

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉，同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案，研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法，该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号，通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点，结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号，获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量，实验结果表明，经过线性修正后，其位移误差不超过0.241%。

从显微成像测量线宽的理论模型出发，分析了限制测量精度的边缘定位误差因素，基于阶跃边缘衍射光强微分的灵敏探测原理，提出一种平移差分的微结构线宽显微测量方法，即使用压电陶瓷微位移平台微量移动待测微结构沟槽，两步平移并采集三幅对沟槽清晰成像的显微图像，显微图像依次相减得到两幅差分图，将线宽测量转为差分脉冲距离测量，利用差分脉冲在阶跃边缘附近梯度变化灵敏度高的特点，突破衍射极限，提高线宽测量精度；再用纳米精度压电陶瓷位移台标定与显微成像系统有关的倍率测量常数，以压电陶瓷位移台的高精度保证测量结果的准确性。以可溯源计量部门、线宽为30.00 μm的标准沟槽样板作为待测样品，10次测量得到线宽测量平均值30.03 μm，标准差0.005 μm，并对本方法进行了不确定度分析，最终得到合成不确定度为0.37%（k=1）。

为了实现深宽比大于6∶1的硅通孔的形貌测量，提出了一种基于像差补偿的近红外显微干涉检测方法。该方法采用近红外宽带光作为光源，能够穿透硅通孔，检测系统中内置变形镜自适应像差补偿模块，主动补偿硅通孔引入的调制像差。在检测硅通孔三维形貌时，依据COMSOL Multiphysics有限元仿真软件得到的三维硅通孔高深宽比结构对探测光的调制像差规律，指导设置需变形镜补偿的像差种类和量值，用基于频域的评价函数指标阈值，判定硅通孔底部图像的聚焦状态，获得待测硅通孔清晰的底部图像，本质上提升探测光的重聚焦能力。在此基础上，使用垂直扫描干涉法得到待测硅通孔的深度与其三维形貌分布。实验测量了直径为10 μm、深度为65 μm、深宽比为6.5∶1和直径为10 μm、深度为103 μm、深宽比为10.3∶1的硅通孔深孔，并与高精度SEM的测量结果对比，深度测量的相对误差为1%。与白光显微干涉测量结果对比表明，本文所提出的方法可以获得清晰的高深宽比硅通孔的底部图像，有效增强底部的宽谱干涉信号和对比度，能够准确测量更高深宽比硅通孔的三维形貌。

低相干垂直扫描干涉技术是微结构形貌特征参数无损检测的有效手段。但当微结构的沟槽深宽比高于5∶1时，遮挡效应以及阶跃边缘复杂的衍射效应会导致本应仅包含一个包络的垂直扫描测量干涉信号异常，形成两个甚至多个包络，继而影响形貌检测结果。本文解析低相干垂直扫描干涉的测量过程，采用时域有限差分法对低相干显微干涉测量系统的显微成像、相干扫描测量过程进行数值仿真，计算待测微结构表面返回场及显微成像后的像面干涉场，得到低相干显微干涉信号。分别仿真了深宽比为5∶1、80∶3的硅基沟槽微结构的干涉信号，并与实验室自研的Linnik型低相干垂直扫描干涉系统对沟槽微结构的检测信号进行对比，匹配其高深宽比沟槽结构干涉信号的双包络及幅频双峰性的特征，验证所提方法的准确性。该仿真方法可应用于实测前对被测结构低相干显微干涉信号的先验性仿真计算，通过提前分析信号特征，为形貌复原算法的选取及改进指引优化方向。

微纳尺度的微结构可调制光场，提高传感器的灵敏度，是新一代功能器件或传感器件中广泛使用的重要结构特征。包含微细加工在内的先进制造技术的快速发展，对多种型式微纳尺度微结构的无损测量技术提出了紧迫的需求。本文从多维视角论述了国内外行业发展中出现的微结构种类、型式，围绕具有高精度无损检测特质的光学显微技术，阐述了国内外仍在继续发展的微结构无损检测四种主流方法，分析了这些方法的技术特点、适用对象，给出了典型样品的检测结果，其中部分结果是首次发表。结果表明，暗场显微机器视觉法，是振幅型颗粒、凹坑、划痕等有害微结构的有效检测方法，可以实现大尺度样品的快速检测；共焦显微成像和低相干显微干涉法是“相位”型微结构的最佳检测方法，可以得到微结构的三维形貌；光谱反演-过焦扫描法与近红外显微干涉法，是应高深宽比微结构无损检测需求而发展起来的新方法，前者可以快速测得线宽和深度，后者可以测得物镜视场范围内高深宽比微结构的三维形貌，二者可以相互验证与补充。