球面光学元件的曲率半径是其重要的光学结构参数之一。随着大型光学系统如大型望远系统、巨型激光器的发展,使用的长曲率半径球面元件越来越多,对球面元件曲率半径的精度要求也越来越高。光学干涉测量技术是非接触式测量长曲率半径的主要方法之一,具有高精度、高灵敏度等特点。本文围绕四十米左右的曲率半径的精密测量技术研究为中心,以曲率半径标称值为41400 mm、Taylor Hobson轮廓仪测试结果为41350mm的激光器谐振腔反射镜为研究对象,基于数字平面干涉仪测量平台,以传统牛顿环法为基础,开展了长曲率半径高精度测量方法研究。为了克服经典牛顿环法条纹过密和变异牛顿环法需要实球面样板的缺点,提出了虚拟牛顿环(参考曲率半径数字产生)与现实牛顿环(实际样品的实验数据)复合的莫尔变异牛顿环求解曲率半径的方法。为了有效提取莫尔变异牛顿环的暗环位置,采用二阶极坐标变换将圆载频莫尔条纹转化成等间距直条纹和傅里叶频谱分析方法,得到了被测对象的曲率半径一维分布结果,实验结果相对精度为0.5%。为了有效利用干涉图二维数据信息,引入移相干涉波面恢复的方法,提出了莫尔移相波前差分法,计算虚实牛顿环表征的两球面之间差分波面,据专用曲率半径计算模型,求取了长曲率半径的二维分布结果,实验结果相对精度为1.1%。针对长曲率半径球面反射返回波面与参考平面波之间存在的回程误差,应用ZEMAX光学设计软件平台,建立长曲率半径球面的干涉测试多重结构模型,分析长曲率球面元件引入的回程误差对测量结果的影响,提出了回程误差补偿方法。经过回程误差补偿后,待测样品的曲率半径一维分布结果相对精度提升为0.04%,曲率半径二维分布结果相对精度提升为0.5%。