近年来真空光镊成为光力学领域的研究热点。真空光悬浮微粒由于与环境隔离从而成为具有低损耗高品质因数的机械振子,为精密测量提供理想的平台。基于该平台能将微粒的质心温度从室温冷却到1mK以下乃至到量子基态,为量子领域的相关研究提供很好的实验手段。反馈冷却是真空光镊的关键技术,而真空光悬浮微粒的位移探测是反馈冷却技术的前提和基础。为了提高真空光镊的冷却性能,研究具有高灵敏度的位移探测系统具有重要意义。结合D形镜与平衡探测器的干涉位移探测具有探测灵敏度高,采样带宽高和空间分辨率高的优点,是目前光镊位移探测的主流方案。本文基于干涉探测方案对真空环境下的双光束光阱悬浮微粒进行位移探测,设计实现了基于FPGA的信号采集系统,通过USB通信模块将数据传输到上位机。基于VC平台MFC框架开发数据处理与分析软件,实现数据到用户端的连接以及后续处理包括数据的解帧、存储、探测数据的转换、FFT变换、实时显示。针对探测位移信号中存在的测量噪声,首先根据光阱中悬浮微粒的受力模型建立粒子质心运动方程,基于谐振子模型在MATLAB平台实现真空下光悬浮粒子位移信号的模拟,考虑了运动过程中随机布朗力以及信号探测过程中的测量噪声。设计卡尔曼滤波算法对含噪声的位移测量值进行滤波,滤波后探测均方根误差1nm降到0.27nm。将该算法应用于上位机软件采集的实际位移数据中,结果表明滤波后探测均方根误差从2.8nm降到1.1nm。其他参数不变,在6 Pa气压下做滤波处理,位移均方根误差从5.2nm降到2.1nm,验证了算法在高真空中的有效性。论文工作为真空光镊系统微粒位移的测量与处理研究打下坚实基础。