针对传统光栅干涉仪中测量范围和分辨率难以同时提高的问题，提出利用单根大长度、低线数光栅实现大量程、高分辨率位移测量的方法。首先利用长度400mm，栅距10μm计量光栅的±5级衍射光生成条纹图，实现了条纹的10倍光学细分。然后提出一种基于傅里叶变换时移特性的条纹细分新方法，利用相邻两帧条纹图同一位置处相位的变化实现了高达1000倍的条纹电子细分。在此过程中，针对能量泄漏对傅里叶变换法相位提取精度的影响，提出条纹图整周期裁剪的方法，使条纹细分精度至少可达到1／1000条纹周期。仿真和实验结果表明，系统具有纳米级的分辨率和优于10nm的测量精度。

为提高光电式光栅刻划机的控制精度，设计了一种自准直式激光光栅外差干涉仪的新型测量系统。以光栅衍射和偏振光学为理论基础，结合电子学的相关知识对系统进行了理论分析，设计了基准光栅，并进行了大量的实验研究。由实验研究可知，这种利用光栅的自准直衍射和以光栅栅距作为计量基准的干涉测量系统，具有受环境因素的影响低，结构简单、装调方便等优点；采用双频激光得到的测量信号增益大，信噪比高；该系统用于光栅刻划，得到的栅线间距刻划偏差优于10nm，在3mm行程内累积误差约为0．3μm。结果表明，该系统具有纳米级分辨力，用于实时测量控制系统，测量误差很小，完全达到了中阶梯光栅等特种光栅对刻划机的高精度分度要求。

本文描述了一种以二维正交反射光栅为计量基准元件，以透射光栅为分光元件的二维光栅干涉仪，从研究光栅表面的光扰动出发，分析了这种干涉仪的原理及所用光栅间的匹配关系，通过实验分析了干涉仪的调整方法及主要误差，实验结果表明：这种新型二维光栅干涉仪在精密线值计量方面有着良好的应用前景。

本文介绍以８０３１单片机为核心研制成的衍射光栅刻划机的开环控制的高精度定位系统。系统中采用了光栅干涉仪、程控放大器、干涉条纹细分和马达分级调速等方法，本系统既具有闭环控制的高精度特点，又具有开环控制简单、易操作等优点。实用表明：该系统控制的刻划机的定位精度σ＝３．６ｎｍ，最大定位误差为１４．６ｎｍ。