激光外差干涉非接触式的特点使其成为无损检测领域重要的组成部分,对于某些特殊行业来说,能够实现纳米级别的高精度检测显得尤为重要。本文旨在设计并实现纳米级激光外差干涉检测系统,首先对激光外差干涉检测原理进行阐述,对光路结构进行优化,实现差分双光路。分析了光路系统非线性误差来源,将具体误差归为两类进行数学推导,建立起误差模型并进行仿真,对光路系统所用的主要器件进行性能测试及分析。其次,介绍了目前常用的几种激光外差干涉信号处理方法,选择使用FPGA对纳米级激光外差干涉检测系统进行信号处理,设计出所需的三个模块,分别进行仿真验证。最后将采集到的信号处理完并在整体仿真图中显示出来。通过压电陶瓷静态实验、动态实验的数据分析,证明了系统抗噪性能的优越,动态实验中对振动信号解调得到的电压信噪比达到32.1dB,干扰信号强度不到主频信号的2.6%,对振动信息(位移信息)解调的还原度高。在脉冲激光器激励实验中,样品与整形后的脉冲点光源距离50mm处,在宽频范围内检测到4.59nm,2.18nm两个主要位移,对应振动频率分别为1.7MHz、7.4MHz,证明了样品内部存在缺陷。样品距整形后点光源距离分别80mm、60mm处,FPGA解调出的主要位移分别为104.8058nm、18.037nm。