随着光学工程学科的不断发展,非球面光学元件越来越多地应用到国民经济的各个方面。然而,在设计、加工、检测和装调等各个环节之中,非球面面形的高精度检测已经成为制约其应用的最主要因素。本文研究了可用于深度非球面和非球面波前高精度检测的非零位环形子孔径拼接干涉(非零位ASSI)检测技术和系统。提出了利用非球面波前拼接检测非球面的ASSI技术。其基本原理是在Twyman Green干涉系统中,利用补偿系统(PCS)出射的非球面波前部分补偿被测非球面,通过轴向移动非球面,实现不同环带的拼接检测。为了进行系统仿真,提出了基于光学设计软件或自编光线追迹的系统仿真方法。系统中,被测非球面环形子孔径的边界和重叠区可以利用像面波前斜率的方法确定。实验采集的多帧移相干涉图,可以利用经典的移相算法进行位相解调,并自动确定有效孔径；采集的单帧闭环条纹干涉图,可以利用提出的路径无关相位跟踪(PIRPT)或多项式相位拟合(PPF)算法进行位相解调。解调位相可以利用Zernike多项式进行正交波前分解。研究了非零位ASSI系统原理误差(即回程误差)校正和子孔径拼接问题。提出了系统的传递函数模型,揭示了系统回程误差校正的实质,即逆问题求解。提出了多孔径逆向优化(ROR)和理论参考波前(TRW)两种回程误差校正算法。前者的基本思想是非线性优化,后者的基本思想则是波前的加减。对于校正回程误差后的各独立子孔径数据,可以利用拼接算法重构被测非球面的完整面形。误差分析表明,多孔径ROR和TRW算法理论误差的峰谷(PV)值分别优于λ/1000和λ/20,拼接算法误差的PV值优于λ/1000。研究了非零位ASSI系统中的关键性误差。分析了除上述回程误差和软件误差外的四种硬件误差,分别是PCS的1)模型误差和2)对准误差；非球面的3)定位误差和4)对准误差。1)提出了PCS模型误差的校准指标,即折射率误差小于e-5、厚度误差小于5μm)曲率半径相对误差小于0.005%；2)提出了基于辅助平板和辅助球面的PCS对准方法,可以将其倾斜和偏心误差分别控制在±10"和±6μm内；3)提出了基于组合消球差镜或像面波前离焦量的非球面定位方法,可以将其定位误差控制在±6μm内；4)提出了基于像面波前倾斜和慧差的非球面对准方法,可以将其倾斜和偏心误差分别控制在±2"和±5μm内。实验验证了非零位ASSI技术的正确性和系统的检测精度。利用非零位ASSI系统对3块抛物非球面(其中2块与顶点球最大偏离56.5μm,另1块最大偏离9.0μn)进行了子孔径拼接和无拼接检测实验。其检测结果与无像差点法和Zygo公司Verifire干涉仪检测结果一致,PV值偏差小于λ/10,均方根(RMS)值偏差小于λ/50。这证明ASSI系统具有较高的检测精度、较强的检测能力和较大的动态检测范围。本文以理论和实验并重,重点研究了非零位ASSI系统中的理论基础和主要误差问题,并进行了实验验证。考虑到日益增长的非球面应用范围,非零位ASSI检测系统潜存着巨大的经济效益,将有力推动我国乃至世界非球面面形检测技术的发展。