中文摘要：

二维平面移动台由于其具有速度快和阿贝误差小的特点，在超精密制造中日趋普及。与之对应的基于二维光栅尺的位移测量技术也成为研究热点。本申请以此为应用背景，研究大尺寸二维光栅的全息制作技术。这是一个跨尺度的制作技术。我们提出用曝光拼接的方法制作大尺寸二维全息光栅，着重解决二维光栅的排布精度问题。研究方案的特点在于1）根据潜像光栅的干涉图，精确调整曝光拼接时的基板位置，保证两次曝光的光栅间距为光栅周期的整数倍且接缝尽可能小。2）用双光斑干涉图调整光栅基板的姿态，以保证两次曝光栅栅线平行且周期相同，在不增加扩束系统复杂性的前提下，提高角度对准精度；3）用光栅的45度锥面衍射特性调整光栅基板绕法线旋转的角度，保证二维光栅的栅线垂直度。4）结合流体力学分析和仿真，研究甩胶盒内气流与光刻胶溶液间的流动耦合与传质耦合，提高甩胶均匀性。我们也利用国际合作的方式，进行基于二维光栅尺的二维位移测量实验。

结论摘要：

本项目以二维平面移动台的位移测量为应用背景，研究大尺寸二维全息光栅的制作技术和主要参数的标定方法。在光栅制作方面的研究包括（1）提出用曝光拼接的方法制作大尺寸光栅，着重解决栅线的排布精度问题。为使拼接光栅具有高质量的衍射波面，需要实现基板相对曝光光束的位相和姿态的高精度控制，以及曝光、调整与锁定系统之间的漂移误差的消除。为此我们提出曝光、调整和锁定系统一体化的自参考曝光拼接技术。根据潜像光栅干涉图的位相和姿态，调整两次曝光的光栅间距为光栅周期的整数且栅线平行。使最终拼接光栅的衍射波面与基板面形、曝光像差以及单次曝光光栅的衍射波面相当；（2）为制作高衍射效率的二维光栅，我们研究了二维光栅的反转刻蚀工艺。最后通过二次镀铬反转刻蚀工艺，制作出了符合设计要求的二维圆孔结构；（3）为得到均匀的光栅衍射效率，我们对甩胶过程进行了流体力学仿真，用于指导和改进目前的甩胶过程。在光栅参数标定方面的研究包括（1）提出一种二维光栅栅线垂直度的测量方法，其特点是利用干涉原理分别精确对准光栅的两个主周期方向，用自准直仪测量两方向之间的夹角与90度角的差值（即光栅垂直度偏离角）。与传统方法相比，该方法能有效提高测量精度。（2）为了提高二维光栅尺标定精度，提出了对角度变化不敏感的双频外差读数系统，以及衡量激光干涉仪比对结果的自洽性标准。在此基础上，通过用双频激光干涉仪标定光栅上的几条线，比较其和用菲索干涉仪测量的光栅衍射波面信息，将标定结果扩展到整个二维光栅中。通过适当的标定流场，可以在一定程度上分离光栅制造误差和安装误差分分离误差，实现对二维光栅尺的快速标定。