光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography,OCT）技术是一种生物医学断层成像技术,其轴向分辨率可以达到几微米,具有非接触、无损伤、灵敏度高和成像速度快等优点,在眼科成像和工业测量等领域发挥着重要作用。谱域OCT（Spectral domain OCT,SD-OCT）是第二代OCT技术,本文主要针对850nm波段SD-OCT系统的优化以及基于该系统的三维表面形貌测量技术展开研究,具体的工作内容如下:针对已有的850nm波段SD-OCT系统中存在的问题做出了改进,主要包括系统的同步控制和数据处理两方面:在同步控制方面,解决了原SD-OCT系统中图像飘动的问题。由于扫描振镜与线阵相机两者工作频率不一致,在实时成像过程中图像会出现飘移。通过改进同步控制模块中硬件的连接方式与相关软件的参数设置,使得振镜与相机同步运行,最终系统的成像显示得到了改善。在数据处理方面,提出了一种基于三阶多项式拟合的色散补偿方法。针对系统中存在的色散失配进行相位补偿,包括提取干涉信号的相位并解包裹、利用三阶多项式对解包裹后的相位进行拟合、以及根据拟合出的高阶色散因子对干涉信号做相位补偿。通过色散补偿实验验证了该方法的有效性和可行性,对于光程差较大的成像区域,系统的轴向分辨率明显提高。基于SD-OCT搭建了谱域相位显微镜（Spectral domain phase microscopy,SDPM）系统,并利用该系统实现了对光学分辨率板和芯片等样品的高精度三维表面形貌测量。SDPM测量样品的三维表面形貌需要提取干涉信号的相位,主要包括两种方法:深度域相位检测和谱域相位检测。为了分析SDPM系统的测量精度,使用这两种方法重复测量了盖玻片同一点上下表面的光程差,深度域相位检测和谱域相位检测求得的光程差的标准偏差分别为0.65nm和3.61nm,证明了系统的测量精度可以达到纳米量级。实验针对光学分辨率板、芯片和硬纸板样品,使用不同的相位检测方法进行了测量,不仅可以重建出样品的三维表面形貌结构,并且能够测量出样品表面不同位置的相对高度。