横向剪切干涉技术是光学检测领域中重要的测量技术之一,具有测量环境不敏感、对光源相干性要求低、检测范围广等优势,其中以光栅为分光元件的四波面横向剪切干涉技术成为现今横向剪切干涉技术的主流。本文研究全局随机编码光栅的理论和技术基础,及其在横向剪切干涉测量领域的应用。全局随机编码光栅的基本单位为易加工实现的像元,而像元按一定约束在光栅上随机分布,使得全局随机编码光栅具有接近任意理想光栅衍射光场的特点,能很好地作为难以加工实现的理想光栅的替代。本论文的研究内容包括以下四个方面:(1)四光束横向剪切干涉技术中光栅的衍射光场分析。在以光栅作为分光元件的四光束横向剪切干涉技术中,光栅的高阶衍射光是干涉仪系统测量误差的主要来源。分析了正交位相光栅和原随机编码混合光栅这两种主流分光元件的衍射光场,研究了两者抑制高阶衍射光的原理以及效果。(2)全局随机编码光栅研究。在原随机编码混合光栅的基础上对其编码规则进行修改,提出了全局随机编码约束,基于该约束设计的全局随机编码光栅,其衍射光场可以接近任意理想光栅的衍射光场。针对四光束横向剪切干涉技术中的理想正弦光栅,设计了全局随机编码混合光栅来作为近似的替代。仿真结果表明,对比原随机编码混合光栅,全局随机编码混合光栅在同等加工条件下,具有抑制高阶衍射光的效果更好、干涉图更稳定、剪切比选取更灵活和工作带宽更宽等优势。(3)全局随机编码位相光栅研究。对四光束横向剪切干涉技术中的全局随机编码混合光栅作出改进,设计了全局随机编码位相光栅。相比全局随机编码混合光栅,全局随机编码位相光栅有着相同的抑制高阶衍射光的效果,但纯相位结构使其相比全局随机编码混合光栅,具有?~2/4倍的光利用率和加工难度相对小的优势。针对波像差测量范围更广的九光束横向剪切干涉技术,设计了九光束全局随机编码位相光栅,显示了全局随机编码光栅的普适性。(4)全局随机编码混合光栅横向剪切干涉实验研究。介绍了全局随机编码混合光栅的加工工艺及样品检测结果。使用该样品和原有正交位相光栅样品的对比实验结果表明,全局随机编码混合光栅在不同空间位置的干涉图样更稳定,且其空间频谱中无明显的高阶分量,能够更好抑制高阶衍射光。