量子干涉测量可以实现光子量级的信号检测,是微弱信号精密测量的技术手段。作为评估测量性能的关键指标,量子干涉测量的相位灵敏度受到广泛关注,相位灵敏度的理论极限、影响因素和提升方法的研究是国内外重点关注的问题。本论文围绕量子干涉测量的相位灵敏度开展了四个方面的研究:相位灵敏度极限的研究;相位灵敏度内在影响因素的研究;相位灵敏度外在影响因素的研究;相位灵敏度提高的新方法研究。本文首先完成了相位灵敏度极限的研究。根据量子参数估计理论,建立了相位灵敏度极限与测量策略的关系。针对测量策略中不含有参考源的测量方案,本文提出了基于相位平均法的相位灵敏度极限分析及求解的新方法,解决了不同相移算符推导出的相位灵敏度极限存在差异的问题;针对测量策略中含有参考源的测量方案,本文提出了基于单路相移算符的相位灵敏度极限分析及求解的新方法,证明了压缩真空态为最佳单模输入态,相位灵敏度可以突破海森堡极限。完成了相位灵敏度内在影响因素的研究。根据相空间理论,开展了基于虚拟分束器模拟的探测效率影响研究,基于光子统计特性的暗计数影响研究,基于时间统计特性的响应时间延迟影响研究,以及基于变换矩阵的非平衡分束器影响研究,建立了相位灵敏度与内在影响因素的关系。在上述理论研究的基础上,本文提出了探测效率、暗计数、响应时间延迟和非平衡分束器影响下相位灵敏度分析及求解的新方法。研究结果表明,采用相干态输入和平衡零差测量的测量方案对于各种内在影响因素具有强鲁棒性,相位灵敏度可以趋近散粒噪声极限。研究成果为实际测量中的系统参数设计提供了理论指导。完成了相位灵敏度外在影响因素的研究。根据量子开放系统理论,开展了基于虚拟分束器和真空态环境光场模拟的光子损耗影响研究,基于虚拟分束器和热态环境光场模拟的热光子噪声影响研究,以及基于经典随机过程模拟的相位扩散影响研究,建立了相位灵敏度与外在影响因素的关系。在上述理论研究的基础上,本文提出了光子损耗、热光子噪声和相位扩散影响下相位灵敏度分析及求解的新方法。研究结果表明,采用相干态输入和平衡零差测量的测量方案对于各种外在影响因素具有强鲁棒性,相位灵敏度可以趋近散粒噪声极限。研究成果为抑制外在因素影响的相关研究奠定了理论基础。本文最后完成了相位灵敏度提高的新方法研究。通过分析现行测量方法的测量机制,研究了限制相位灵敏度提高的因素。针对基于非线性干涉仪的测量方法,提出了基于混合干涉仪的新型测量方法,利用平衡分束器替换光学参量放大器;针对基于线性干涉仪的测量方法,提出了基于参考源协助的新型测量方法,利用平衡零差测量中本振光的相位作为待测相位的参考基准;针对基于线性干涉仪的测量方法,提出了基于能量循环的新型测量方法,对输出端未参与测量的光子进行循环利用。研究结果表明,对于相干态输入和平衡零差测量,三种新型测量方法均实现了相位灵敏度的显著提升,并突破了散粒噪声极限,提升系数分别为41.4%,41.4%和33.3%。本文的研究成果提升了量子干涉测量的性能,为量子干涉测量在微弱信号精密测量中的发展提供了支撑,为量子干涉测量在生物组织成像、溶液物性分析和光敏样本检测等领域的应用提供了支撑。