聚变能是人类文明永续发展的终极能源之一,而等离子体磁约束托卡马克则是最有可能实现可控核聚变的手段。在长脉冲及稳态托卡马克装置运行过程中,边界等离子体与面向等离子体材料（Plasma Facing Material,PFM）之间发生等离子体与壁材料的相互作用（Plasma Wall Interaction,PWI）,导致器壁侵蚀、燃料滞留、杂质生成等诸多问题,严重影响托卡马克装置的运行参数和运行安全。因此,研究和监测PWI过程并进行监控,对实现可控核聚变意义重大。在各种第一壁监测中,第一壁的形貌监测对了解托卡马克装置的器壁刻蚀、杂质及燃料沉积以及能流、离子流分布特征,理解PWI的机制具有重要意义。因此,急切需要发展一种能够实时、在线、原位诊断托卡马克装置第一壁表面形貌的手段。光学干涉是一种常用的形貌测量技术,具有全场、无损、非接触测量等优点,测量精度高、结构简单、通用性强,在表面形貌计量领域应用广泛。本文基于光学干涉理论,结合时间相移技术、双波长技术、激光散斑干涉技术,开发了散斑干涉图像重构算法,建立和完善了大连理工大学相移散斑干涉形貌诊断系统（DUT-Phase-Shifting Speckle Interferometry,DUT-PSSI）以满足将来EAST第一壁形貌在线诊断要求。具体研究内容如下:在第二章中,介绍了相移散斑干涉形貌诊断系统的建立、升级及原理实证。DUT-PSSI形貌诊断系统以相移干涉术为基础建立的,形貌重构算法采用定步长相移法提取相位,使用逐行逐列法、枝切法以及质量图引导法进行相位解包裹,完成从光强信息到相位信息再到空间信息的数据反演。采用双波长技术可以扩展DUT-PSSI形貌诊断系统的测量范围。在本章中,通过数值模拟验证了重构算法的可靠性,并通过一维倾斜面及二维高斯曲面的测量重构,完成了整个测量系统的原理实证。在第三章中,主要完成了将DUT-PSSI形貌诊断系统应用于托卡马克装置第一壁形貌测量中的可行性研究。在实验室研究中,利用激光烧蚀和脉冲激光沉积技术处理EAST第一壁相关材料Mo和W,以产生的烧蚀坑形貌和沉积膜台阶形貌模拟第一壁的侵蚀和沉积,用在第二章中改进的实验平台对烧蚀和沉积样品形貌进行了测量,测量结果与探针式轮廓仪测量结果吻合较好。进一步考虑EAST的真实第一壁部件:钨瓦、钼瓦及石墨瓦,其表面均为光学粗糙表面,激光入射到表面发生漫反射,无法在干涉测量中形成干涉条纹而导致形貌测量失败。针对这一问题,利用散斑干涉技术,记录形变或位移前后的散斑干涉图,通过数字图像处理得到散斑干涉条纹,进而得到物体表面的形变信息或者位移信息。本章使用引入散斑干涉技术的DUT-PSSI系统对EAST第一壁W瓦小样上的烧蚀形貌进行了离线测量,成功得到了其重构形貌,证明了将DUT-PSSI系统应用于EAST第一壁形貌诊断中的原理可行性。在第四章中,对现有的DUT-PSSI形貌诊断系统进行了系统地测试评估,并根据EAST第一壁表面形貌诊断的技术要求分析了现有系统的不足,明确以后的改进方向。在本章中,用DUT-PSSI形貌诊断系统对不同烧蚀脉冲数的烧蚀坑形貌和不同沉积时长的沉积膜厚度进行了大量的实验测量,并将结果与白光干涉仪测量结果相对比,以确定DUT-PSSI的测量范围和测量误差。另外,考虑测量噪声、残余平整度、测量可重复性、测量误差等几个因素,计算了不同波长下DUT-PSSI形貌诊断系统的测量不确定度。最后,综合EAST第一壁表面形貌的诊断要求,从测量范围、测量精确度、时空分辨率、覆盖范围等几个方面,总结了 DUT-PSSI系统已有进展及现阶段挑战,明确了下一步的研究重点,为DUT-PSSI形貌诊断系统将来应用到EAST第一壁表面形貌在线诊断中提供经验参考及技术支撑。在第五章中,针对EAST振动环境下的形貌诊断展开研究。DUT-PSSI形貌诊断系统中关键的相位提取技术采用的是定步长相移法,该方法是在时间序列上采集多幅干涉图样,并在相邻干涉图之间引入固定相移。EAST中的振动将会在相移中引入不确定量,在相位计算中引入误差,严重影响测量准确度。在实验室利用位移发生器模拟EAST中的振动,细致研究了不同模式的振动对DUT-PSSI系统测量准确度的影响。同时,从改进相位提取方法和优化曝光时间两个方面分别对重构算法和实验条件进行优化,以提高DUT-PSSI系统在振动环境下的测量准确度,使DUT-PSSI系统能更好的适应EAST振动环境下的形貌诊断。在第六章中,综合前述各章的研究内容,对论文进行了总结和展望。