在附面层测量中，需对微小尺度的高速气流变化场进行瞬态测量。数字化的干涉测量方法能定量地解算出流场的密度场，是一种重要的应用。介绍了一种共路干涉的环路剪切干涉方法，对震动不敏感，无需参考面，适合附面层测量使用。采用基于空间位相调制的快速算法，配以脉冲激光器和同步控制系统，可实时地对扰流密度场进行定量测量。该系统采集分辨率200 pixels × 200 pixels，采集频率可达每秒1000帧以上。系统的波前重构方法经过计算机仿真，检测结果优于1/20λ。在0.6 m风洞对圆柱体尾部附面层进行测量试验，结果表明，在一定风速下，该系统能抑制振动干扰，显著地区分出圆柱体尾部扰流信号和振动噪声，具有良好的应用前景。

径向剪切干涉仪所采集到的干涉图并不直接反映原始待测波面信息，为了获得原始待测波面信息，波面重构是必要的。推导了波面重构的迭代算法，并用Matlab分别对径向剪切中不同迭代次数、不同剪切比的波面重构迭代算法进行了数值模拟，得出以下结论：合适的剪切比可以简化迭代运算，提高运算速度；与小畸变波面重构相比，残差波面PV值达到相同精度时，大畸变波面重构需要更多的迭代次数。待测波面的PV值大于10λ时，剪切比应在0.7以上，PV值大于6λ小于10λ，剪切比在0.5~0.7之间，PV值小于6λ，剪切比小于0.5。

基于雅敏干涉装置，提出一种新的可变载频（条纹频率可调）的径向剪切干涉仪。该干涉仪主体由两块雅敏干涉平板、两对可旋转双光楔、两个可变比例的扩束镜组成；双光楔用于调节条纹周期，以获取最佳干涉图；两扩束镜的扩束比例可变，以调节最佳剪切量。两块平板加工误差一致，同时所有光楔来源于同一楔板，参数一致，两扩束镜的性能参数也完全相同，光路对称，严格等光程。提出的干涉仪可一次性完成非球面模具的测量；并根据被测面形情况进行条纹周期和剪切量的调节，获得了最佳条纹图。最后，对球面/非球面模具表面进行了测试。结果显示：通过调节双光楔和扩束比，此干涉仪可获得较好的条纹图，为多种非球面模具的进一步高效检测提供了新的思路。

提出了一种利用二维窗口傅里叶变换从径向剪切干涉条纹中准确得到波前的重建技术。首先对剪切干涉条纹做二维窗口傅里叶变换，设置阈值和频率积分范围后，进行二维窗口傅里叶逆变换，然后对包裹相位做去载频和相位展开处理得到相位差分布，最后使用波前迭代算法从相位差中复原实际波前。模拟计算表明，使用该方法最大相位复原误差为0.82%，均方根值为0.020 9 rad，实验结果验证了该方法的有效性。同时也对窗口傅里叶变换的关键参数，如窗函数的选择、窗口大小的确定以及阈值的选取等进行了简要讨论。与传统傅里叶变换法(FFT)相比，基于窗口傅里叶变换的剪切干涉波前检测法有更高的精度和稳定性，为波前检测提供一种新的处理方法。

为了测试相控阵激光雷达的关键器件液晶光栅相控阵的偏转光束波前, 以监控和评价雷达扫描光束的质量, 采用带有光束变向功能的径向剪切干涉测量方法, 进行了理论分析和实验验证, 取得了口径为10mm×10mm的偏转波前测试系统与商用WYKO干涉仪的比对测试数据。两种仪器对同一块平面样板测出的波前之差的峰谷值小于λ/20, 均方根值小于λ/200, 还取得了实测液晶光栅相控阵不同偏转光束的波前数据。结果表明, 该方法可以对液晶光栅相控阵的偏转波前进行高精度测试。

为了测量超长焦距高功率激光系统的波前畸变，研制并校准了基于空间相位调制的径向剪切干涉仪。仪器采用多波长设计，满足可见光和红外探测的需要。为研制并校准径向干涉仪，同哈特曼夏克(HS)传感器、Zygo干涉仪进行了对比实验。通过实验与理论对比，得到径向剪切干涉仪参数的最佳值。研究了汉宁窗的取值范围和边缘截取值的合理范围，结果表明，校准后的径向剪切干涉仪能够准确测量，仪器的重复性和精度都能满足高精度波前探测要求。

针对常规像移式干涉仪无法用于大口径、长光路光学系统波像差检测的工程问题，设计了共光路径向剪切干涉仪以消除采用标准波面所引入的系统误差。设计中采用由三角棱镜与斜方棱镜组合而成的胶合棱镜组作为波面剪切器件，将待测波面与其复制波面产生干涉，并通过一组有不同相对孔径的透镜切换装置来控制干涉仪剪切比。与4D动态干涉仪在不同条件下的比对试验数据表明，设计的剪切干涉仪的测试重复精度约为λ/80，实际测试精度RMS优于λ/20(λ=630 nm)。这种设计极大地缩小了仪器外形尺寸与重量，提高了超长光路干涉检测的效率。

利用径向剪切干涉法检测高功率激光波前时, 由于探测器CCD非线性效应, 在频谱中引入了除基频外的二级、三级等高次频谱分量, 增加了频谱混叠的可能, 使得对有用信息提取困难, 降低了波前检测精度。从理论上分析了CCD非线性效应产生高次频谱分量和导致频谱混叠的原因, 给出非线性条件下避免频谱混叠的条件, 提出了通过提高空间载频的方法来减小或消除CCD非线性效应导致的频谱混叠。计算机模拟和实验结果表明, 该方法能够有效抑制频谱混叠并显著提高波前检测精度。

只需要一幅干涉图就能得到被检波面信息的径向剪切干涉,适于动态波前的测量。将便于干涉图像处理的同步移相技术引入径向剪切干涉中,基于环路径向剪切干涉,利用一个正交的二维光栅分光,采用偏振移相法,能同时得到相移间隔π/2的四幅移相干涉图。运用传统的四步移相算法,结合波面迭代算法复原波面。通过理论公式的推导、计算机的模拟分析,以及初步的实验测试,验证了偏振移相应用于径向剪切干涉的可行性,模拟结果显示均方根精度优于λ/100。具有抗振特点的光栅分光偏振移相的同步移相方案,不仅能够克服剪切干涉的单幅干涉图处理复杂的缺点,更有利于提高剪切干涉的抗干扰能力。

提出了一种基于最小二乘迭代的环路径向剪切干涉(CRSI)波前重建技术。先将一幅CRSI图分割成4帧相移子干涉图,然后用最小二乘迭代法计算出干涉图的相位差分布,再根据CRSI波前重建算法,由相位差分布求出待测的真实波前。模拟计算表明,该技术重建波前的精度峰谷值(PV)小于λ/50,均方根(RMS)小于λ/300,并且也在实验上得到了验证。该技术解决了基于傅里叶变换(FFT)法的CRSI波前重建技术中存在的频谱移中和精度不高的问题,并且只需单幅CRSI图即可重建待测波前,可用于光束波前的动态测量。