扫描干涉场曝光(SBIL)系统中曝光效果与工件台的运动性能密切相关。为了制作纳米精度的大面积平面光栅,工件台采用了粗微叠层结构设计,其中微动台是实现工件台运动精度的关键。基于SBIL原理,推导了干涉条纹周期测量精度与曝光对比度的关系。针对移动分光镜测量干涉条纹周期的方法,结合周期测量精度需求,分析了微动台定位精度指标,提出了实现微动台x、y、θ_z三个自由度定位精度的控制器设计方法,并在微动台系统上进行了实验验证。结果表明,微动台x方向定位精度可达±1.51 nm,y方向定位精度可达±5.46 nm,θ_z定位精度可达±0.02 μrad,可以满足SBIL的需求和干涉条纹周期测量的精度要求。

利用灰度共生矩阵能提取图像纹理信息的特点,在灰度共生矩阵的14个纹理特征值中选取与纹理周期性相关的特征值,对三维测量中强度有规律重复分布的变形条纹图像的周期进行分析,能准确得出条纹的周期数,或者每周期中的像素个数,给傅里叶变换轮廓术的滤波操作等后续条纹分析提供参考依据。对模拟条纹和实拍条纹的周期分析、纹理特征提取实验表明灰度共生矩阵提取的条纹周期参数与实际值相符合,能准确反映条纹图像的周期特性,可用于条纹分析的实际应用中。

扫描干涉场曝光系统中的干涉条纹周期是相位锁定系统的重要参数，为精确测量干涉条纹周期，根据扫描干涉场曝光系统的特点提出了分束棱镜移动测量干涉条纹周期的方法，根据高斯光束传播理论，分析了该方法的理论误差；提出了周期计数法对周期测量数据进行计算。为降低对系统二维工作台运行及稳定精度的要求，提出了小行程高精度位移台辅助测量周期的方法，并进行了相关实验验证。结果表明：小行程位移台辅助周期测量方法在原理上可行，对于干涉条纹线密度1800 line/mm 的系统参数，小行程位移台辅助周期测量的重复性可达到1.08×10-5(σ值)，曝光实验的实测值与理论模型之间一致性较好，验证了该周期测量方法的可行性。

扫描干涉场曝光系统中干涉条纹周期的测量误差是影响曝光过程中相位拼接的主要因素。为制作符合离子束刻蚀要求的高质量光栅掩模，建立了条纹周期测量误差与扫描曝光对比度关系的数学模型，利用光刻胶在显影过程中的非线性特性，建立了扫描干涉场曝光光栅的显影模型，给出了光栅掩模槽形随周期测量误差的变化规律，并进行了实验验证。结果表明：周期测量误差不仅会使掩模槽形变差，还会引起槽形在空间上的变化。在周期测量的相对误差一定时，相位拼接误差与相邻扫描间的步进间隔成正比，与干涉条纹周期成反比。在显影条件一定、曝光光束束腰半径1 mm、曝光步进间隔0.8 mm、曝光线密度1800 gr/mm 时，周期测量误差控制在139 ppm以内，理论上可以制作槽底洁净无残胶、槽形均匀的光栅掩模。

提出一种新型结构的通用型干涉仪, 用于实现不同结构、不同形状的光学透镜、光学晶体等元件的快速目视观察与精确测量。该干涉仪利用可相对旋转的双光楔对条纹周期进行动态调制完成实时检测。以两块雅敏干涉平板为主体结构, 在双光路中各自放入一对楔角完全相同的光楔对, 建立条纹周期和条纹倾斜方向与光楔对相对旋转角度之间的关系, 并采用光学晶体畴反转实时检测验证干涉仪的测量性能。试验结果表明, 干涉仪的相位检测精度约为0.2 rad(λ/30), 条纹周期(一对黑白条纹)为0.105~5.993 mm/pair, 光路中光楔对的相对转角可在0~179°调节。干涉仪具有完全对称的光路结构, 由于较高的稳定性和抗干扰能力, 可针对不同类型光学元件的结构特点进行条纹周期的实时调制, 并可达到较高的检测精度。