随着光学非球面元器件加工技术水平的不断提高,其在各相关领域内的应用也愈发广泛,然而,面型误差仅为纳米量级的精密非球面的加工离不开相应的精密检测技术来保障。光学非球面常用的精密检测方法是干涉法,其中采用Offner补偿器的零位法只能适用于简单非球面,而各种非零位干涉检测方法则需要严格校正额外引入的系统误差（回程误差）,过程复杂且精度受限。在干涉系统的光路结构上,传统的泰曼-格林（Twyman-Green）式为非共光路,受环境因素干扰大;而ZYGO干涉仪采用的菲索（Fizeau）式为部分共光路,但干涉仪外的气流扰动仍对其检测结果有较大影响。计算全息（Computer Generated Hologram,CGH）作为一种衍射式的补偿器,丰富的设计自由度使其可针对各种非球面实现零位检测;而横向剪切干涉装置所具备的共光路结构又可几乎完全消除环境扰动的影响,因此将两种检测技术结合可解决传统的非球面干涉检测方案的诸多弊端。本文对CGH零位补偿器的设计理论与方法展开了研究,针对该领域目前存在的一些关键问题,在相位求解、干扰级次分析以及载频量计算等方面提出了以一系列新方法,完善了CGH的设计体系;针对传统编码二台阶CGH存在+3级顽固干扰衍射级次的问题,对CGH的编码方法展开了研究,提出了可以从物理上消除+3级顽固级次的随机编码CGH;针对传统非共路干涉装置受环境干扰影响大、稳定性差的问题,引入了基于随机编码混合光栅的四波前横向剪切干涉（Quadriwave lateral shearing interferometry based on Randomly Encoded Hybrid Grating,REHG-QWLSI）装置,将其与CGH零位补偿器结合,提出了非球面零位共路干涉检测技术。本文的主要研究内容如下:论述了光学非球面在各领域的广泛应用以及常用的非球面干涉检测技术,对各种检测技术的优缺点进行了对比分析,分析了将CGH零位补偿器与REHG-QWLSI共路干涉装置结合的意义。介绍了CGH零位补偿器的相关理论与目前常用的设计方法与流程。针对传统CGH相位计算方法仅可粗略算得相位而需要依靠光学设计软件（如Zemax）优化的问题,提出了一种基于嵌套迭代光线追迹的计算方法,该方法通过对CGH衍射面均匀采样的离散点进行计算,能够直接得到可用于后续编码、加工的离散相位值,不会受到传统方法中由于对待测面均匀采样而导致的投影畸变问题的影响,不存在计算误差的同时也避免了传统方案需要跨平台的弊端;针对现有CGH干扰级次分析方法适用范围有限、精度差或仅能分析部分衍射级次的问题,提出了基于双向光线追迹的CGH干扰级次精确分析方法,该方法可以快速、精确追迹任何解析非球面的任意衍射级次在系统光阑面上的分布,比前人提出的各种方法有非常明显的提高,同时在精度上也优于受光瞳像差和多项式误差等因素影响的Zemax软件追迹结果;针对目前CGH设计中载频选择的盲目性问题,在上述两种新方法的基础上提出了基于线宽与分离条件双重约束的最小载频求解方法,该方法可以准确求得分离干扰级次所需的最小载频量,从而得到使CGH线宽最大的最优设计结果。针对传统二台阶CGH需要大量载频才能分离顽固级次的弊端,参考REHG的编码思路,提出了物理上不存在+3级顽固级次的随机编码CGH。首先建立“建模-采样-量化”（MSQ）模型阐述了衍射光学元件（Diffractive Optical Element,DOE）的编码过程与随机编码理论;接着提出了振幅型RE-CGH与混合型HE-CGH两种随机编码CGH并仿真了编码过程;然后建立了CGH的菲涅尔（Fresnel）衍射仿真模型并利用该模型对传统CGH和新提出的随机编码CGH进行了仿真,验证了随机编码CGH从物理上消除+3级衍射光的能力;最后利用本文提出的双重约束最小载频求解方法,定量分析了随机编码CGH和传统CGH对载频的需求量,进一步阐明了随机编码CGH消除顽固级次所带来的优势。针对传统非球面干涉检测装置多为非共路结构的缺点,提出了结合REHG-QWLSI共路干涉装置与RE-CGH零位补偿器的非球面零位共路干涉检测方法。首先介绍了REHG-QWLSI干涉装置的工作原理:以MSQ模型阐述了REHG实现剪切分光的原理并通过对干涉图进行频谱分析说明了QWLSI的干涉原理;然后介绍了QWLSI干涉图的处理流程与波前重构方法,对其中常用重构方法进行了仿真与对比;最后给出了非球面零位共路干涉检测实验系统的设计方案,对主要误差源进行了分析并介绍了误差控制方法。对本文研究内容进行实验验证。加工了随机编码的RE-CGH并对其进行了测试;搭建了基于REHG-QWLSI波前传感器与RE-CGH零位补偿器的非球面零位共路干涉检测实验系统,检测了一块抛物面并与ZYGO干涉仪基于无像差点法的检测结果进行了交叉验证,间隔1分钟进行了多次重复测量以验证系统稳定性。结果证明本文所提出的非球面零位共路干涉检测技术在保障较高检测精度(与ZYGO结果偏差RMS值在10-3λ数量级)的同时也具有良好的稳定性(非气浮平台3分钟内检测结果的RMS偏差也在10-3λ数量级)。