上世纪60年代,世界上第一台红宝石激光器的诞生,开启了光学研究的新篇章,从那之后,各式各样的激光器和激光探测技术如雨后春笋般涌现出来。激光自混合干涉效应（SMI）正是在这个过程中被研究者发现的,它是一种由外部物体光反射或散射引起的光反馈现象,随着大量学者的不断探索,其中机理也逐渐被解开,新型的激光自混合干涉仪迎来了蓬勃发展的局面。与传统的双光束干涉仪相比,它具有光路简单易实现、适用测量场景多元、传感灵敏精度高等优势,其应用范围囊括运动传感、太赫兹成像、工业制造、三维重建、生物医学、国防等众多领域。本文围绕SMI展开了一系列深入探讨研究,首先通过大量调研阅读文献,周详全面地梳理了其历史背景和发展历程,并分类介绍了其在位移振动测量、绝对距离测量、速度测量等方面的应用发展。之后,基于经典的F-P三镜腔理论推导分析了其物理过程,并建立了对应的数学模型,仿真模拟研究了外腔相位、线宽展宽因子、光反馈强度因子对系统模式和输出信号的影响。另外,对SMI位移振动测量中的常用手段（数条纹法和解相位法）进行了总结分析,利用仿真验证了传统相位解包裹算法和相位调制法的有效性,为后续研究奠定了坚实的基础。随着技术的不断革新,对于纳米测量技术的精度、广度要求越来越高,因此,本文着重研究了相位调制型自混合干涉系统,引入偶次幂快速算法、多次反射结构,使得SMI信号谐波分量的频谱发生展宽,进而实现微位移振动的高精度重构。在不同振幅下的一系列实验表明,偶次幂相位调制技术的位移重构误差均小于17 nm。此外,本文还提出了一种局域谱能量峰值检测算法,改进了原有的傅里叶分析解调技术,有效地避免了频域解调失败的情况,运行效率高且应用范围广,大幅优化了系统的整体性能。在本文的末尾,将多种手段相结合,构建了高精度自混合干涉集成测量系统,对于振幅为88 nm的位移,最大测量误差为5 nm。实验证明本文提出的方案在提高重构精度、拓宽最小可测范围、提升系统稳定性方面取得了一系列成果,在纳米测量领域将具有非常大的应用潜能。