测量科学是各类前沿科学和技术的基础,小到精密元件的生产,大到精密系统的设计、制造、安装、检测都离不开精密测量技术的支持,高精度测量仪器在科学实验中的位也越来越重要;随着纳米科学与技术的迅速发展,各领域对纳米尺度的产品进行检测的需求也日益增多;而2008年的四川汶川地震、2010年的玉树地震,使人们对地震前期预报的需求变得日趋紧迫,纳米振动测量技术是研究地层声波传播规律的基础工具。基于以上需求,纳米测量技术成为近年研究的热点。　　使用激光波长作为测量基本刻度的激光干涉仪,是目前精确度最高、应用最为广泛的高精度测量方法之一。单频激光干涉仪有着测量范围大、测量速度快、测量精度高、采用光学元减少、造价低、容易推广等优点,被广泛应用于测量领域。从而对限制单频激光干涉仪进一步实用化的细致研究是必要的。　　本文从采用四路偏振接收装置的单频偏振激光干涉仪原理入手,设计了使用偏振态分析仪、光功率计等进行光路准直及各个偏振光学元件位置校准的干涉仪调节方法。为了实现无源调制及非线性误差抑制,单频偏振激光干涉仪和四路正交偏振接收干涉仪组合后,对偏振分光棱镜、消偏振分光棱镜元件的性能提出了更高的要求,这些元件的位置误差、性能误差、温度效应等对干涉仪测量精度的影响是不容忽视的。本文提出偏振分光棱镜、消偏振分光棱等性能误差对干涉仪有影响的元件的在线误差补偿方法。并对干涉仪进行集成及封装设计,进一步减小外界环境对干涉仪的影响,使干涉仪小型化实际应用成为可能。具体研究内容为:　　1、选用将激光偏振测量干涉仪与基于偏振移相的四路正交探测干涉仪组合,使得本光路无需额外加载调制信号,减小了光强“零漂”等因素对干涉仪的影响,较好地抑制了共模噪声,提高了干涉仪的测量精度。通过琼斯矩阵理论对光路各点和位移求解过程进行深入的理论分析,设计出了用偏振态分析仪、光功率计对光路各点偏振态的标定方法和单频偏振激光干涉仪各偏振元件的准直、角度位置调节方法,实现了单频偏振激光干涉仪可重复的精确搭建与调节。　　2、采用偏振移相的四通道接收装置,干涉仪中偏振分光棱镜(PBS)数量达到了3个,定量研究了PBS不同入射条件下,反射路光束中含有P分量导致的偏振态劣化程度,给出了包含PBS斜入射倾角的实际琼斯矩阵公式。根据PBS斜入射特性提出了单频激光干涉仪中PBS偏振误差的补偿方法,通过将激光器预置偏振方位角,校正干涉仪测量光路输出光束分光比,校正后的分光比可达1.006;通过PBS入射角度的在线调制,找到PBS最佳入射角度,使正交偏振探测光路中PBS反射光路信号对比度由0.81提高到0.91。　　3、搭建了单频激光干涉仪中消偏振分光棱镜(NPBS)在线性能检测系统,NPBS的反射附加相移会导致单频激光干涉仪输出信号的非正交相移不为0,达到0.04rad以上。通过在光路中引入二分之一波片,实现了NPBS附加相移的在线补偿,提升了干涉信号的对比度,系统输出四路信号对比度均达到0.95以上,系统输出非正交相移m值也达到0.002rad以下。并与直接通过旋转四分之一波片补偿NPBS反射附加相移的方法进行对比研究,指出本文在线补偿方法的优势。　　4、本文设计搭建了干涉仪温控实验装置,研究各元件温度效应对干涉仪的影响。结果表明,NPBS温度效应是各元件中对干涉仪非线性误差影响最大的,通过与干涉仪静态数据进行对比实验,为干涉仪的温度补偿奠定了基础。对干涉仪进行集成、光源耦合实验,设计搭建小型化干涉仪封装盒,为干涉仪的进一步小型化实际应用奠定基础。　　经过本文对单频激光干涉仪的细致研究,使得干涉仪在实际应用中,通过本文提出的元件位置校准方法,对PBS、NPBS位置、性能、温度效应的在线补偿,对干涉仪进行集成封装等,使干涉仪工作在最佳状态,改善干涉仪信号质量,提高干涉仪测量分辨率,可被广泛用于纳米高精度干涉仪的研究与制备等领域。