近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院李星輝團(tuán)隊(duì)對光柵干涉儀應(yīng)用于原子級精密定位技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了全面綜述。

當(dāng)前，全球范圍內(nèi)的先進(jìn)制造正處于高速迭代階段，半導(dǎo)體制程持續(xù)向亞納米精度演進(jìn)，精密機(jī)械加工和納米技術(shù)應(yīng)用不斷拓展，對測量系統(tǒng)的分辨率、穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性提出了前所未有的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)測量手段在多自由度（DOF）測量能力、抗干擾性能以及結(jié)構(gòu)緊湊性方面存在一定局限，難以支撐原子級制造的迫切需求。在這一背景下，光柵干涉儀憑借優(yōu)異的多自由度測量能力、對環(huán)境擾動的魯棒性以及小型化可集成的優(yōu)勢，逐漸成為支撐精密制造與納米計(jì)量的核心技術(shù)，對其展開研究與應(yīng)用的緊迫性和必要性日益凸顯?；诖?，文章詳細(xì)綜述了光柵干涉儀作為一種重要的定位技術(shù)，如何滿足原子級制造中對于精度和穩(wěn)定性的高要求。

圖1.光柵干涉儀技術(shù)在超精密制造與定位技術(shù)中的應(yīng)用

圖2.光柵干涉儀技術(shù)在原子力顯微鏡中的應(yīng)用

光柵干涉儀通過利用光的衍射效應(yīng)和干涉原理，能夠在極短的測量距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)超高精度的位移和角度測量。與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，光柵干涉儀具有更短的光路、更高的環(huán)境適應(yīng)性和較低的成本，特別適用于需要高精度、多自由度同步測量的場合，如量子計(jì)算、精密光刻、航空航天等領(lǐng)域。文章指出，近年來光柵干涉儀的技術(shù)不斷突破，尤其是在1-DOF、2-DOF、3-DOF以及多自由度系統(tǒng)的研究中取得了顯著進(jìn)展。通過不同的光柵配置與光學(xué)路徑設(shè)計(jì)，光柵干涉儀系統(tǒng)已經(jīng)能夠同時進(jìn)行多個方向的高精度測量，滿足現(xiàn)代高端制造的需求。

圖3.光柵干涉儀的發(fā)展脈絡(luò)

文章通過九張綜合性表格，對不同測量維度的光柵干涉儀研究成果進(jìn)行了系統(tǒng)梳理和橫向?qū)Ρ龋w了位移、角度以及多自由度測量等方向。文章不僅在表格中匯總了典型系統(tǒng)的分辨率、測量范圍和穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標(biāo)，特別地，針對原子級精度，進(jìn)一步通過誤差量化分析表格揭示了主要誤差來源及其補(bǔ)償策略。文章以詳實(shí)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出光柵干涉儀在精密測量領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)與技術(shù)差異，為后續(xù)研究與工程應(yīng)用提供了權(quán)威而直觀的參考。

最后，文章還對光柵干涉儀的未來發(fā)展進(jìn)行了展望。隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，光柵干涉儀將向更加集成化、微型化的方向發(fā)展，同時在量子技術(shù)、超精密制造等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用也將進(jìn)一步擴(kuò)展。

圖4.光柵干涉儀的全局誤差體系分析

相關(guān)成果以“光柵干涉儀：原子級及近原子級制造中的主導(dǎo)定位技術(shù)”（Grating interferometer: The dominant positioning strategy in atomic and close-to-atomic scale manufacturing）為題，于8月29日在線發(fā)表于《制造系統(tǒng)》（Journal of Manufacturing Systems）。

該工作由清華大學(xué)深圳國際研究生院李星輝團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成。2023級博士生崔璨為論文第一作者，李星輝副教授為論文通訊作者。研究得到國家自然科學(xué)基金、深圳市科技計(jì)劃等的資助。