面形检测技术已经成为了制约各类非球面元件、自由曲面元件发展与大规模运用的最重要因素。本文提出了一套基于光学偏折术的面形检测技术与系统,该系统不仅具备简单的结构、非接触的检测方式及高精度的检测精度,同时还具有较大的动态检测范围和全场检测的优点,为实现高精度面形检测,特别是凸面镜的检测提供了一种可行的方案。另外,本文对检测系统中包括离轴误差与结构误差的进行了有效的分析与校正,极大的提升了系统的检测精度。主要的研究内容为:论述了高精度的面形检测技术特别是自由曲面面形检测技术在现代光学仪器发展中的重要意义。通过综述国内外面形检测技术的研究现状,提出了通用性高精度面形检测技术的必要性。从逆哈特曼检测系统的角度阐述基于光学偏折术的面形检测系统的检测原理,为高精度的面形检测提供了理论与技术支持。同时针对光学偏折术中结构像差具有不可忽视影响的问题,利用光线追迹模型,对检测系统中主要的结构几何误差进行了列举和分析。最终,运用Zernike多项式直观地表明了各结构几何误差对于系统检测结果的影响,说明了结构几何误差校正方法的必要性与可行性。提出了一种基于Zernike像差分离的两步校正法,并运用仿真实验验证了该算法的可行性和高精度性。利用该校正方法可有效地消除了系统结构像差的影响,为高精度的自由曲面面形检测系统提供了有力保障。搭建了基于光学偏折术的面形检测系统,对一个口径为50.8 mm的凸面镜进行了面形检测,同时将提出的基于Zernike像差分离的两步校正法进行了实验验证,最后将系统检测结果与ZYGO干涉仪测得结果进行了比较,误差仅为0.7nm(RMS)。