服役工况参数直接影响摩擦副材料的摩擦学行为和材料转移行为。本文通过自研载流摩擦磨损试验测试仪获得了 CuCrZr 和 7075 铝合金在不同工况条件下的摩擦学行为，通过三维白光干涉仪、扫描电子显微镜（SEM）和能量色散谱仪（EDS）对 CuCrZr块进行分析表征，研究了载流、载荷和转速条件对 CuCrZr 载流磨损量和表面材料转移的影响。结果表明：在载流摩擦条件下，CuCrZr 和 7075 铝合金摩擦副的磨损率和磨斑直径随着电流的增加而增大，放电现象愈发明显，当电流达到 400A 时磨损率达到6.53×10-3 mm3/(Nm)，磨损形式表现为三体磨损；随着载荷的增加导致接触面的实际接触面积增大，磨损率呈现先增后减，当接触载荷达到 30N 时磨损率为 2.86×10-3mm3/(Nm)，磨损形式趋近于黏着磨损；随着转速的提高，接触表面实际面积降低导致机械摩擦降低，但电弧产生的概率提高导致明显的电弧烧蚀损伤，磨损率则随着速度增大降低至 3.21×10-3 mm3/(Nm)。本文为大载流条件（>100A）下的 CuCrZr 和 7075 铝合金载流摩擦学行为研究提供了数据支持。

针对白光扫描干涉测量精度受限于移相精度的问题，提出一种扫描误差修正方法来消除白光干涉信号中的相位误差。在白光扫描干涉仪中加入单色光干涉信号探测装置，采集的单色光干涉信号与白光干涉信号具有相同的相位误差，从单色光干涉信号中得到相位误差并用于修正白光干涉信号。仿真和实验分别从单次测量表面的粗糙度和多次测量的重复率验证了扫描误差修正方法的有效性，此方法在本课题组提出的波数域相位补偿方法的基础上进一步提高了测量精度，可帮助白光干涉仪适应嘈杂的工作环境。

激光刻蚀高分子薄膜是制备仿生纳米通道的常用方法,刻蚀尺寸的测量对提高制备质量具有重要意义.受到刻蚀尺寸在微纳米级,薄膜反射率低、受成像噪干扰严重等影响,激光刻蚀薄膜微纳表面形貌高精度测量一直是艰巨的挑战.[方法]基于并行物方差动共聚焦成像与图像抗干扰方法结合,实现激光刻蚀 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯(polyethyleneterphthalate,PET)膜后的微纳表面形貌的高精度测量.首先,介绍并行物方差动共聚焦三维成像原理,刻度了系统在40倍物镜下的轴向差动曲线,拟合光强差与离焦量的线性关系式.然后,采集激光刻蚀薄膜焦前焦后共聚焦图像,使用图像增强提取刻蚀区域并合成差动共焦图像.并利用非线性空间滤波器,消除图像中的干扰,获取刻蚀形貌的三维结构.[结论]实验结果表明,该方法与白光干涉仪的测量结果相近,在测量线宽3.230μm、深度0.082μm 的激光刻蚀 PET薄膜沟槽实验上,拟补了白光干涉仪无法准确解析高度信息的不足.本研究为高分子薄膜显微加工形貌测量提供了一种高效率、高精度、无损的可行性测量方法.

提出一种基于白光干涉的自适应快速傅里叶变换（FFT）解调算法，用于非本征光纤 FabryPerot（FP）传感器的信号解调。通过自适应调整实际采集光谱的采样长度，自适应 FFT 解调算法能够精确计算反射光谱的本征频率，对传感器相位正交解调信号进行高效提取，实现高精度、低噪声、高稳定性的信号解调。从理论角度出发，分析所提出的解调算法与传统 FFT 算法对本征频率的估计精度，对两种解调算法的解调精度、解调稳定性、腔长适应范围以及复用阵列解调性能等进行仿真对比。结果表明，自适应 FFT 解调算法能够显著提高本征频率的计算精度，计算误差仅为 10-4，为 FFT 解调算法的计算误差的 1/10。同时，相对于传统 FFT 解调算法，自适应 FFT 算法的噪声谱级降低了约 2 dB，且随腔长的变化仅有 1 dB 的波动，仅为传统算法波动幅度的 1/3，且谐波失真降低了约 20 dB， FFT 在复杂噪声环境中的应用能力得到提升。此外，自适应 FFT 解调算法可高精度、稳定地解调任意腔长的非本征 FP 传器，并且具有分辨多基元叠加光谱本征频率的特点，相比 FFT 解调算法，串扰降低约 20 dB，该算法可基于大规模复用非本征光纤 FP 传感阵列进行信号解调。

针对复合测量中两测头空间坐标系不统一的问题，提出了基于标定器提供基准点结合单位四元数法求解空间变换矩阵的坐标统一方法，并以均方根误差（RMSE）来评估坐标统一的效果。设计并制作了一种新型标定器，为坐标统一提供稳定可靠的基准点，并建立了基准点精度与坐标统一精度的关系模型。针对两测头测量数据，提出了空间误差椭球搜索策略结合加权最小二乘法的数据融合方法。实验结果表明，复合测量的坐标统一化配准精度可达 1. 889 μm，所提出的数据融合方法相较传统加权最小二乘法的相对误差减小了 16%，重复性精度提高了 38%，实现了复合测量的高精度坐标统一与稳定精确的数据融合，提升了对器件的测量能力。

传统白光干涉测量方法对振动干扰非常敏感，振动干扰会引起扫描步长误差，进而降低白光干涉的测量精度。为抑制振动干扰的影响，提出一种三点反正弦的白光干涉测量算法。三点反正弦法将干涉图序列中每相邻三幅分为一组，利用扫描过程中干涉条纹连续移动的特点，从每组干涉图的有效条纹区域计算出相移偏差，进而得到每幅干涉图的实际扫描步长。基于计算的实际扫描步长，构建了非等步长的调制度与相位最小二乘计算方法，并重构表面高度。由于计算步长仅利用三幅干涉图，三点反正弦法频段响应宽，能够探测快变、大幅的扫描步长误差。仿真和实验证实，在振动干扰下三点反正弦法能获得高达 0. 5% 的测量准确性（台阶高度为 10 μm），并适合多种类构型表面形貌的测量。理论分析和实验表明，三点反正弦法能够抑制多种形式扫描步长误差的响，适用于宽频段振动干扰下的白光干涉测量。

针对曲面光学元件的表面形貌测量，将自研扫描白光干涉测头集成到 Moore 五轴运动平台上构建了一套五轴白光干涉测量系统。为了实现自动化测量，研究了该系统的运动学模型并解得逆运动学方程组。对于逆运动学方程组中的未知参数，提出一种使用已知表达式的高精度非球面标定件的标定方法。最后进行了标定精度验证实验，结果表明，自动调焦调平后实际对焦点坐标与理论对焦点坐标误差不超过±3 μm，满足测头的测量需求，能够对曲面光学元件表面形貌进行自动化测量。

针对靶丸内外表面缺陷的测量问题，提出一种基于白光扫描干涉的零位显微干涉靶丸表面缺陷测量系统。将白光干涉技术与 Linnik 型显微干涉技术相结合，同时引入光程匹配模块以测量不同直径靶丸的不同表面，并基于球面零位干涉思想，引入球面作为参考面以扩大测量视场。实际测量中通过压电陶瓷实现对靶丸表面的垂直扫描，获取全视场白光干涉图像，运用移相算法以及蝙蝠翼校正算法实现靶丸表面的形貌复原。使用所提方法测量标准台阶板，所得测量值与标称值吻合，验证了测量方法的有效性，随后对靶丸进行了测量。结果表明，所提出的测量方法能够准确测量出靶丸内外表面的缺陷分布。

在利用迈克耳孙干涉仪观察白光干涉并测量透明介质折射率的实验中，一个关键的步骤是在没有引入待测介质时观察到白光干涉的基础上，移动一臂的反射镜（动镜）使得引入介质后干涉条纹再次出现． 在实际的实验中，会出现动镜移动的距离为标准结果一半时就观察到干涉图样的情况． 本文从理论上分析这一现象出现的原因，并设计对比实验进行了实验分析． 本文的理论和实验结果表明这种现象源于光束单次通过尺寸较小且只占视场小部分区域的待测介质． 另外，该次干涉条纹出现在介质区域之外，而标准结果的条纹出现在介质区域之内.

文从测量原理和技术特性的角度出发，分析了扫描显微镜法、光学干涉法、激光散射法和共焦显微法等非接触测量方法的适用范围。同时，根据白光干涉法的干涉特性和工作原理，研究了其常用的信号处理算法、数据处理和参数评定过程，并对表面三维微观形貌、表面粗糙度、划痕深度进行测量与评价。 实验证明：该方法在表面三维微观形貌精确测量中具有显著优势，且精度较高，可为其质量评定提供技术支撑。

提出一种结合频域白光干涉和反射光谱的膜厚测量新方法。该方法将空气考虑为介质层，与待测薄膜一起构成多层膜结构模型。利用多层膜结构反射产生的白光频域干涉条纹重建非线性相位，并拟合获得薄膜厚度。针对拟合过程中出现的局部最优解问题，利用反射光谱获得的厚度值来限制拟合范围。通过理论推导和数值模拟研究了采用多层膜结构模型测量待测薄膜厚度的过程，再搭建光纤检测系统，通过对单层二氧化硅薄膜厚度进行实验测量，验证了该方法的可行性。

辉光放电光谱仪可对镀层材料表面进行沿深度方向的逐层分布分析。通过高精度光学或探针式表面测量仪器可检测辉光溅射深度和坑形轮廓，得到逐层溅射率、坑形平整度等信息，这些信息对镀层样品的定量逐层分析至关重要。目前采用白光干涉仪或探针式轮廓仪可精确测量溅射坑的表面形貌，但这类仪器价格昂贵，较难普及。研究了一种基于谱域光学相干层析成像技术（SDOCT）的辉光放电大尺寸溅射坑表面形貌检测方法，通过对SDOCT 扫描图像的原始数据进行寻峰、去噪和平滑等处理，缝合拼接分段数据。完成了直径为 15~40 mm 的大尺寸溅射坑深度的微米级检测和坑形二维轮廓的重建，实现了对辉光放电溅射率的精确检测。对紫铜、黄铜、镀锌板和不锈钢 4 种不同基体金属材料的辉光溅射坑的平均深度进行了检测，白光干涉仪的检测结果显示，最大误差在3.97% 以内，验证了所提方法的有效性。该研究将性价比较高的 SDOCT 仪器应用于金属材料表面分析领域，为辉光放电溅射材料表面形貌及其溅射率的检测提供了一种新的有效解决方案。

杨氏双缝干涉是光学和大学物理等课程的重要内容,其基本原理在工程技术中有着广泛的应用。 本文运用 Ｍａｔｌａｂ 编写程序,对杨氏双缝干涉实验进行仿真,仿真结果直观地展现出波长、缝间距和缝屏距离等参数对双缝干涉的影响。 此外,本文着重模拟白光作为光源的杨氏双缝干涉实验,展示了干涉后色散的彩色光谱,并借助光强变化曲线分析光谱中光强和对比度变化的原因。 本文还进一步对比了以单色光和白光分别作为光源时,利用杨氏双缝干涉测定透明介质薄膜折射率的仿真实验结果,借此验证了单色光源在该实验中的局限性。 本文的仿真实验不但能加深学生对光的干涉规律的理解,而且对丰富杨氏双缝干涉的教学内容、培养学生的科学探究素养、提升其利用信息技术分析和解决问题的能力有着重要意义。

白光显微干涉术是表面三维形貌无损测量的重要手段，测量时需针对待测结构的精细程度，计算测量分辨率的需求，选择相应倍率的干涉显微物镜。但物镜视场通常小于待测结构的宏观尺度，需在横向范围内多次扫描拼接测量，融合多组形貌数据，以满足宏观尺度特征的表征需要。为提高测量效率并采集多频段的形貌数据，提出一种多倍率融合策略，在利用低倍率干涉显微物镜测量获取大范围形貌数据的基础上，对反映微观形貌特征的局部区域采用高倍率干涉显微物镜检测，以减少测量次数。将多组数据采用多孔小波分解的方法进行融合，实现多种倍率干涉显微物镜检测数据中形貌特征的统一表征。多倍率融合方法不但能提高仪器的检测效率，而且能提升形貌数据中各频段特征参数的全面性与准确性。将所提方法应用在微透镜阵列曲面样品的形貌参数测试中，可以同步并准确地获取透镜单元的周期和曲率半径参数，5×和 20×干涉显微物镜测量融合后的形貌数据相比于 5×干涉显微物的单独测量数据，子单元的周期与曲率半径的相对误差分别下降 1.34 百分点和 6.17 百分点。在阶跃型超透镜形貌参数的数据融合中，以扫描电镜中的数据作为标称值，100×干涉显微物镜检测形貌数据与融合数据中周期参数 d 的相对误

针对垂直扫描白光干涉轮廓测量精度与其垂直扫描干涉图像轴向定位精度的紧密关系，由于物镜驱动器定位精度及外界环境振动等因素的影响，实际轴向位置与其设定值存在一定偏差。本文基于白光干涉测量原理以及激光相移干涉技术，分析像素点干涉信号，提出干涉质量评价模型来排除失真信号的干扰，同时提取各有效干涉信号峰值所在图像帧数作为信号峰值初矩阵，设定一定的宽松系数排除没有干涉条纹的图像或仅包含低对比度的干涉条纹图像。通过循环迭代的方法，从有效干涉图像的第一帧图像开始，将每次计算中信号峰值在该次测量范围内的像素点作为本次计算的有效计算区域，对该区域采用最小二乘法提取局部移相量，最后将局部移相量求解为整体的步长并进行三维表面重建。仿真和实验结果表明，本文所提算法在不同振动环境下步长提取误差小于0． 5 nm，在振动环境下的测量精度相比传统算法高，表现出良好的抗振能力。

为解决白光干涉测量系统中由机械振动和环境扰动等因素引入的相位噪声影响，提出一种多周期移动差分的相位噪声预处理方法。首先，基于数学解析法，从白光干涉信号相位分布中分离出由相位噪声引起的强度误差项，并对干涉信号进行最小二乘正弦拟合，推导出给定拟合区间下的多周期信号差分方程；然后，通过移动拟合区间，即可根据相位噪声的正态分布特性消除每个区间内与相位噪声相关的误差项；最后，利用快速傅里叶变换法对消除相位噪声的干涉信号进行包络线提取，再结合改进的七步移相法提高零光程差位置的计算精度。实验结果表明：在仪器扫描误差的振幅约为 15 nm 时，利用所提方法得到样品阶跃高度［标称值为（11.97±0.05）μm］的测量相对误差为 0.05%，重复性测试的标准差为 6 nm，相位噪声抑制率达到 92.8%。这在很大程度上验证了所提方法的有效性。

随着科学技术的飞速发展，光学镀膜技术已经成为光学元件制造中的重要一环，对于镀膜的检测研究也因此变得越来越重要。其中光学器件所镀薄膜的厚度是器件性能的关键参数之一，因此本文设计了一款基于卤素灯的光纤白光干涉系统。该系统是使用卤素灯、光纤耦合器、准直器及样品平台组成的白光干涉系统以及一个由光栅、凸透镜和线阵相机组成的光谱仪组成，相机获得的数据会传输到电脑进行处理获得膜厚数据。该系统光谱仪系统经过集成后能够实现便携式的要求，本系统还在尽可能地降低成本，提高系统的实用性。同时经测试厚度误差精度小于 3%，能够实现工业应用的要求。

通过对车轮踏面轮廓特征和激光三角测量法的分析，确定了采用直射式激光位移传感器进行踏面测量的优化方案。针对踏面轮廓曲线斜率变化大，传感器测量光束入射角随测点位置不同而变化，从而引起测量误差的问题，对入射角与位移测量误差的关系进行实验研究，给出了位移测量误差随入射角的变化规律，为传感器倾斜安装提供了理论依据。在此基础上，设计制作了踏面检测装置，并对实际车轮踏面进行检测，测量结果与三维激光扫描仪的测量结果相对比，吻合较好，验证了检测装置的可行性和有效性，为实现产品化奠定了基础。

为了提高激光三角测距精度、优化传感器设计过程中的光学参量，采用数学建模和计算机辅助分析的方法，解析了激光三角测距传感器中的关键参量与测量系统各指标的关系，并采用一种基于粒子群算法的参量优化方法，得到符合系统优化要求的光学参量，进行了理论分析和验证。结果表明，在进行参量设计时，各参量相互牵制; 确定了粒子群搜索空间和约束; 在灵敏度 Smin达到 2．2386mm 时，系统分辨力可达到 2．8μm，且其它各参量取值符合系统要求，同时优化效率大大提高。该优化方法算法简单、操作方便。

为适应生产中的非接触实时测量要求，基于直射式激光三角法测量原理和光路结构，提出了微位移直射式激光三角精确测量方法．使用位移传感器（ＰｏｓｉｔｉｏｎＳｅｎｓｏｒｓＤｅｔｅｃｔｏｒ，ＰＳＤ）来采集光点位置信息，通过电流／电压转换电路、放大电路、滤波电路和 Ａ／Ｄ 模数转换电路，实现了模拟信号到数字 信 号 的 转 化 和 测 距 系 统 误 差 的 校 正．结 果 表 明：测 量 距 离 为１０～１００ｍｍ 时，全量程范围内测量误差小于３％；测量误差来源于系统中电子元器件的非线性特性、安装调试干扰、测量标定误差以及环境温度干扰．