在非连续表面结构测量中,特别是对高深宽比大台阶的测量中,由于现有共焦系统尽管轴向分辨率高但无法实现大尺度测量,为了实现高精度大范围测量,本课题针对聚焦光针干涉测量方法进行研究,从而为将干涉技术引入共焦干涉测量系统奠定基础。本课题的主要研究内容分为以下几点:(1)通过对聚焦干涉的分析,针对其存在测量光光强变化的问题,提出利用四通道移相接收光路来解决此问题,并进行理论证明。建立被测物离焦时的干涉模型,仿真其干涉光斑。仿真分析透镜焦距和被光阑通光孔径对干涉条纹和干涉光信号幅度的影响。为搭建实际的聚焦干涉系统提供理论指导。(2)设计并实验了测量系统的电路部分。根据课题需求,电路部分主要是光功率测量电路。依据光路输出特性对电路的两个部分都进行了指标分解。光功率测量电路包括光电转换,I/V转换、反相放大、相减电路和偏压电路。对电路实物进行了实验验证,光功率测量电路的稳定性优于5 mV,光强分辨力优于1μW,线性度为0.83%。数字电路部分主要利用DSP2812和AD976A构成电压采集模块,并利用串口将测量数据上传至计算机。(3)搭建聚焦干涉传感系统的实验平台,对系统进行原理性验证实验和性能指标验证实验。原理性验证实验,验证了聚焦干涉出现的测量光光强变化。验证了干涉光斑的圆形条纹,验证了透镜焦距和光阑通光孔径和对干涉光信号幅度的影响。同时验证了四通道聚焦干涉的可行性。性能指标验证实验主要验证系统的性能,实验结果表明在-300μm~300μm范围内,系统五分钟稳定性优于20 nm,一分钟稳定性优于5 nm;系统分辨力优于5 nm;系统的线性误差在10~15 nm范围内。