随着高功率激光系统和大型光学系统的发展,对于光学元件的稳定性、成像质量、镀膜质量和抗激光损伤阈值等性能指标要求更加严苛,而元件的亚表面损伤会极大地降低这些性能指标,元件的亚表面损伤进行检测显得尤为重要,检测方法也得到越来越多的研究。本文研究了基于荧光显微法测量光学元件亚表面损伤信息的测量技术。首先分析了氧化铈的荧光理论,通过实验验证了氧化铈磨料的荧光效应,得到了氧化铈的激发波长和发射波长。然后根据荧光显微法的测量原理,设计了大口径光学元件亚表面损伤和表面损伤测量系统,通过设计激光照明系统,将高斯光束整形为强度均匀的平顶光束,减弱荧光湮灭效应的影响;设计了无限筒长显微成像系统,实现荧光成像和散射成像的同步等视场成像,通过物镜切换实现大小视场的转换;设计了自动聚焦系统,实现测量过程中成像系统的自动聚焦;研究了表面损伤散射成像理论,通过散射成像系统获得光学元件表面损伤。最后根据系统设计搭建了原理性实验装置并对光学玻璃的亚表面损伤进行采集和分析,利用结合导轨信息的相位相关算法,降低对图像重叠区域的要求,提高系统采集效率并减弱荧光湮灭效应的影响,通过局部上采样的扩展相位相关算法将配准精度提升至亚像素,利用Fourier-Mellin算法对拼接后的亚表面损伤图像和表面损伤图像进行配准。针对荧光湮灭效应造成的图像背景亮度不均的问题,通过非二次最小化多项式拟合方法,去除背景噪声。利用链码对亚表面损伤点的信息进行统计,实现了对亚表面损伤的数据化分析。