光学干涉测试技术可以用于对光学元件面形、光学系统性能以及光学材料特性进行高精度测试,然而传统的单波长可见光移相干涉仪的测量范围受到其工作波长的制约,不能用于大面形偏差的面形测量,例如台阶面和非球面的面形检测。双波长移相干涉术利用两种不同的波长作为工作波长对待测面进行干涉测量,通过提取等效波长相位信息恢复待测面形信息,可以有效地扩展单波长可见光干涉仪的测量范围,实现大偏差面形的高精度测量。本文研究了双波长干涉术的基本原理,利用Zemax光学设计软件设计了一套双波长干涉系统,主要包括扩束准直系统设计、干涉光路设计以及成像系统设计,并完成了系统公差分析,设计结果满足各项技术指标要求,符合光学元件加工和装调的容差范围。研究了等效波长相位提取算法,利用高阶移相算法和Carre算法改进了传统的双波长算法,并对相关算法进行了数值计算仿真,仿真所使用到的两种波长分别为632.8nm和543nm,仿真结果表明,改进的双波长算法具有较高的面形复原精度,并且可以有效地抑制移相误差和PZT标定误差对于测量精度的影响。最后,构建了双波长移相干涉实验系统,利用所搭建的实验系统对包含大深度刻蚀圆环的CGH元件表面轮廓进行测量,采用改进的双波长算法恢复面形信息,实验测得CGH元件表面刻蚀圆环的深度达到600nnm。实验结果验证了双波长移相干涉系统在测量大偏差面形方面的实用性以及改进的双波长算法的面形恢复精度。