白光干涉测量作为一种非接触测量方式广泛应用于光学元件和微机电系统等精密元件面形检测和测量,但是线性位移机构移动精度不足很大程度上限制白光干涉测量精度的提高。结合了外差干涉的白光干涉测量能有效降低线性位移机构精度不足的影响,但该干涉测量技术仍具有系统庞大、算法复杂和价格昂贵等问题。本文提出了一种全视场外差白光干涉测量的系统,根据该系统提出了新的信号处理算法进行数据处理。本文的主要研究内容及创新点如下:(1)设计了一种全视场外差白光干涉测量系统。阐述了外差白光干涉测量系统的测量原理以及光源和干涉系统两部分之间光程差的补偿方法,通过该测量系统获得了外差白光干涉信号。将系统分为外差白光光源和斐索干涉测量系统两个部分以提高该测量系统的互换性与通用性。(2)研究了新测量信号的处理算法——幅值寻址算法。根据外差白光干涉信号的干涉特性建立干涉信号的数学模型,对现有算法做出优化,结合了两种抗干扰能力较强和计算精度较高的算法提出了幅值寻址算法。(3)对算法的计算精度和抗干扰性进行研究。外差白光干涉测量过程中可能受到白噪声误差、扫描步长误差、频率误差和扫描步长大小四种因素的影响,使用控制变量法仿真分析了每种误差对处理算法的影响。在引入同样误差的条件下,较传统白光干涉测量算法中的Fourier变换算法相比幅值寻址算法计算精度更高、抗干扰能力更强。(4)搭建了外差白光干涉系统进行实验研究。使用幅值寻址算法对处理实验数据,同时将实验器材的误差参数带入仿真模型,实验结果与仿真计算达到了一致的计算精度,验证了该算法在标准的实验条件下具有较高的测量精度。首先通过实验验证了实验结果和仿真结果具有较高的一致性,再通过仿真结果得出使用该算法对5μm台阶进行测量,设定扫描步长为200nm、频率误差为0.005Hz、探测器高斯噪声强度为1d B、步长随机误差波动量小于5nm时计算误差仍小于0.1nm。验证了幅值寻址算法能在扫描步长较大的情况下实现高精度的面形测量,对探测器白噪声、频率误差和扫描步长误差具有较强的抗干扰能力。