近日，清华大学深圳国际研究生院李星辉团队对光栅干涉仪应用于原子级精密定位技术领域进行了全面综述。
当前，全球范围内的先进制造正处于高速迭代阶段，半导体制程持续向亚纳米精度演进，精密机械加工和纳米技术应用不断拓展，对测量系统的分辨率、稳定性和环境适应性提出了前所未有的挑战。传统测量手段在多自由度（DOF）测量能力、抗干扰性能以及结构紧凑性方面存在一定局限，难以支撑原子级制造的迫切需求。在这一背景下，光栅干涉仪凭借优异的多自由度测量能力、对环境扰动的鲁棒性以及小型化可集成的优势，逐渐成为支撑精密制造与纳米计量的核心技术，对其展开研究与应用的紧迫性和必要性日益凸显。基于此，文章详细综述了光栅干涉仪作为一种重要的定位技术，如何满足原子级制造中对于精度和稳定性的高要求。
图1.光栅干涉仪技术在超精密制造与定位技术中的应用
图2.光栅干涉仪技术在原子力显微镜中的应用
光栅干涉仪通过利用光的衍射效应和干涉原理，能够在极短的测量距离内实现超高精度的位移和角度测量。与传统的激光干涉仪相比，光栅干涉仪具有更短的光路、更高的环境适应性和较低的成本，特别适用于需要高精度、多自由度同步测量的场合，如量子计算、精密光刻、航空航天等领域。文章指出，近年来光栅干涉仪的技术不断突破，尤其是在1-DOF、2-DOF、3-DOF以及多自由度系统的研究中取得了显著进展。通过不同的光栅配置与光学路径设计，光栅干涉仪系统已经能够同时进行多个方向的高精度测量，满足现代高端制造的需求。
图3.光栅干涉仪的发展脉络
文章通过九张综合性表格，对不同测量维度的光栅干涉仪研究成果进行了系统梳理和横向对比，涵盖了位移、角度以及多自由度测量等方向。文章不仅在表格中汇总了典型系统的分辨率、测量范围和稳定性等关键指标，特别地，针对原子级精度，进一步通过误差量化分析表格揭示了主要误差来源及其补偿策略。文章以详实的数据呈现出光栅干涉仪在精密测量领域的发展脉络与技术差异，为后续研究与工程应用提供了权威而直观的参考。
最后，文章还对光栅干涉仪的未来发展进行了展望。随着技术的不断演进，光栅干涉仪将向更加集成化、微型化的方向发展，同时在量子技术、超精密制造等前沿领域的应用也将进一步扩展。
图4.光栅干涉仪的全局误差体系分析
相关成果以“光栅干涉仪：原子级及近原子级制造中的主导定位技术”（Grating interferometer: The dominant positioning strategy in atomic and close-to-atomic scale manufacturing）为题，于8月29日在线发表于《制造系统》（Journal of Manufacturing Systems）。
该工作由清华大学深圳国际研究生院李星辉团队独立完成。2023级博士生崔璨为论文第一作者，李星辉副教授为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金、深圳市科技计划等的资助。
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