为了支撑高性能光源波前调控与先进实验技术开发，并在工作波长下实现实验室级面形测量，搭建了微焦点X射线光栅干涉仪实验平台。X射线光栅干涉仪是一种具有极高灵敏度的波前传感技术，可定量测量X射线波前畸变。利用相位步进和傅里叶分析方法重建条纹的相位和波前曲率半径分布，进而计算出波前角度和镜面斜率误差分布。傅里叶分析方法的测量结果与长程面形仪具有很好的一致性，两者差值的均方根小于200 nrad。所提技术可用于X射线主动光学波前在线反馈调控，反射、折射、衍射器件误差检测，以及大科学装置X射线光束质量评估等领域。

扫描干涉光刻机移相锁定是实现大面积高精度全息光栅曝光拼接的关键之一。为了实现大面积高精度全息光栅高精度曝光拼接, 针对扫描干涉光刻机步进扫描拼接轨迹, 重点开展了移相锁定系统的研究。在零差移频式相位锁定分系统和外差利特罗式光栅位移测量干涉仪的基础上, 阐述了扫描干涉光刻机的新型移相锁定系统原理。针对新型的移相锁定系统原理, 构建了移相锁定控制系统实验装置。最后, 基于移相锁定控制实验装置, 针对移相锁定定位性能, 开展了移相锁定定位控制实验以及影响控制精度的因素分析, 实现了±3.27 nm (3σ, Λ=251 nm)的定位控制精度; 针对移相跟踪控制性能, 在移相跟踪控制精度实验分析的基础上, 利用陷阱滤波&PID控制实现了±4.17 nm(3σ, Λ=251 nm)的跟踪控制精度。

开展了扫描干涉光刻机工作台超精密位移测量的实验研究，以提高扫描干涉光刻机的环境鲁棒性。针对扫描干涉光刻机工作台位移测量精度，提出了新型高环境鲁棒性外差利特罗式光栅干涉仪测量系统。介绍了系统测量原理，设计了测量系统，提出了基于Elden公式的系统死程误差建模方法。设计制造了尺寸仅为48 mm×48 mm×18 mm的光栅干涉仪。基于误差模型计算了死程误差，计算结果表明：对于1.52 mm死程的光栅干涉仪，宽松的环境波动指标 （温度波动为0.01 ℃、压力梯度为±7.5 Pa、相对湿度波动为1.5%、CO2含量波动为±50×10-6）仅引起±0.05 nm的死程误差。最后，设计了基于商用双频激光平面镜干涉仪的测量比对系统，开展了光栅干涉仪原理验证实验和测并量稳定性实验。原理验证实验表明：光栅干涉仪原理正确且系统分辨率达0.41 nm。测量稳定性实验表明：常规实验室环境下，环境波动引起的死程误差为7.59 nm (3σ) @＜0.9 Hz&1~10 Hz，优于同等环境条件下平面镜干涉仪的31.11 nm (3σ) @＜0.9 Hz&1~10 Hz。实验结果显示系统具有很高的环境鲁棒性。

提出了一种新型的基于反射光栅干涉仪的低背景光谱仪,当使用工作在背景限制条件下的探测器时,降低背景噪声,有利于提高光谱仪系统的探测率,进而可提高光谱仪的信噪比.由于理想反射镜发射率为零,故其干涉仪组件无黑体辐射.因此,基于低温光源、低温探测器和光栅干涉仪的光谱仪,其探测到的背景辐射大幅降低.进而得到低背景下的探测率实现灵敏探测.理论分析表明随背景辐射的降低,背景限制条件下探测器的探测率可大幅提高.理想情况下,对工作在背景限制下的碲镉汞探测器,当由300 K的背景辐射降至77 K时,其探测率和相应光谱仪的信噪比可提高三个数量级.另外,与之前报导的低温迈克尔逊光谱仪相比,它结构紧凑且无需对干涉仪降温,易于搭建.该设计对红外灵敏探测有重要意义.

第三代同步辐射为X射线成像提供了一个单色、能量可调谐的高亮度光源。对于由低Z材料组成的样品来说，相比于传统成像方法，X射线光栅微分相位成像可以实现更高的相位衬度灵敏度，与计算机层析(CT)技术相结合还可以实现三维高密度分辨成像和折射率的测量。在上海光源X射线成像及生物医学应用线站，成功搭建了一套X射线光栅成像系统。基于此成像系统，利用同一套扫描数据可重构出吸收、相位和散射三种衬度信息；对于标准聚合物样品，系统可以高精度定量测量样品的折射率信息。测试结果表明，建成的X射线光栅成像系统可以实现低Z材料和生物医学样品的多衬度成像，有望在生物医学、聚合物材料等领域的无损、高衬度及定量成像研究中发挥重要作用。

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。