以高次非球面和自由曲面为代表的复杂面形是未来光学系统中的主角。作为复杂光学面形高精度成形的关键,确定性加工需要检测被加工表面实际形状与理论设计形状的偏差即面形误差。因此,可以说高精度的面形检测是复杂光学面形在光学系统中应用的基本前提。作为主流的高精度面形检测技术之一,传统的干涉补偿检测方法与现代光学系统对光学元件制造需求之间的矛盾越来越尖锐:一是现代光学系统对复杂面形的低成本、大批量制造需求与‘一对一’的定制化补偿检测模式之间的矛盾;二是复杂面形的高效率、高精度制造需求与加工过程中超干涉仪检测能力的局部大误差无法解析、研抛过渡阶段检测困难的矛盾。为解决上述矛盾,开发灵活适应大范围复杂曲面和智能化补偿的自适应可变补偿检测技术得到了国内外学者的广泛关注,并有望成为解决复杂光学面形检测问题最具潜力的技术。其中,可变补偿意为赋予干涉检测像差可变的能力,自适应补偿意为赋予干涉检测根据未知误差智能变化波前的能力。然而,在以灵活性和智能性为目标的自适应可变补偿检测技术的发展过程中,可变补偿检测原理和规律、自适应补偿元件的相位控制机理以及局部大误差的智能推理与补偿机理等基础的科学问题和关键的技术问题尚未得到解决。因此开展自适应可变补偿检测基础研究,系统地解决相关基础理论和关键技术问题,对创新复杂光学面形超精密测量工艺,提高复杂光学面形检测的柔性和智能化水平,推动复杂光学面形元件检测水平的提升,具有重要的科学意义和工程价值。本论文围绕复杂面形的灵活补偿和智能补偿检测要求,利用可变像差补偿技术和自适应光学技术,研究可变像差补偿和智能推理补偿检测原理与规律,开发兼具灵活性和智能性的自适应可变补偿检测新方法,形成复杂光学面形自适应可变补偿检测的理论、工艺和检测系统。具体研究内容包括:(1)针对干涉补偿检测非球面灵活性差问题,提出了一种非球面的可变球差补偿检测方法。基于三级像差理论揭示了非球面单透镜产生可变球差的原理和规律,进而研究了非球面单透镜补偿器的优化设计方法,结合数理统计方法完成了检测能力的评价,搭建了基于非球面单透镜的非球面可变球差补偿检测系统。理论分析和实验表明,检测系统能够实现非球面度0～230λ(λ=632.8nm)内凹非球面的检测,检测精度的均方根(root-mean-square,RMS)值优于λ/40。(2)可变球差补偿检测的方法仅能产生回转对称像差,因此只适用于非球面的检测。为解决干涉补偿法检测自由曲面面形灵活性差的问题,研究了基于空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)的浅度自由曲面可变补偿检测方法。在研究基于干涉型计算全息图的SLM编码方案的基础上,阐述了将SLM用作可编程计算全息片进行自由曲面可变补偿检测的系统方案,搭建了基于SLM的自由曲面补偿检测系统。实验表明基于该方法搭建的检测系统能够实现偏离量在0～40λ内的浅度自由曲面的检测,检测精度的RMS值约为λ/30。(3)为解决可变球差补偿法产生像差模式单一、仅适用非球面检测以及SLM方法产生像差幅值较小、仅适用浅度自由曲面问题,研究了一种大偏离量自由曲面的折衍混合可变补偿检测方法。在可变球差补偿器和SLM的基础上,提出了一种具备大范围、模式多样化可变像差能力的折衍混合可变补偿器。建立了折衍混合可变补偿理论模型,基于像差模式分解原理定量评估了折衍混合可变补偿器的像差补偿能力,搭建了自由曲面可变补偿检测系统。实现了偏离量在0～270λ范围内的大偏离量自由曲面的检测,检测精度的RMS值约为λ/30。(4)为解决加工过程中超干涉仪检测能力的局部大误差的检测难题,将无波前探测自适应光学技术引入到干涉检测领域。在研究局部大误差像差特性和自适应光学原理的基础上,提出了自适应波前干涉仪的概念,开发了自适应补偿控制算法,建立了自适应波前干涉仪的理论框架。完成了自适应波前干涉仪智能推理和可变补偿局部大误差的仿真验证。搭建了自适应波前干涉检测系统。理论、仿真和实验表明自适应波前干涉仪能实现峰谷值(Peak-to-Valley,PV)约40λ的局部大误差的智能推理和补偿检测,检测精度的RMS值约为λ/30。(5)针对随机并行梯度下降(stochastic parallel gradient descent,SPGD)控制方法驱动自适应波前干涉仪对不同局部大误差的适应性不强、失败率较高问题,研究了自适应波前干涉仪检测局部大误差的适应性、鲁棒性和智能性提升的策略和方法。在全局优化框架下研究了自适应波前干涉仪的原理,将自适应波前干涉仪低智能水平归结为三类优化问题。通过引入机器视觉的方法赋予干涉仪自动分析条纹的能力,引入遗传算法进行自适应波前干涉仪的智能控制。搭建了基于机器视觉和遗传算法控制的自适应波前干涉检测系统,并完成了实验验证。研究结果表明检测不同局部大误差的失败率从21%降低到6‰。