近日，清华深圳国际研究生院副教授李星辉团队在多维原子级测量技术研究方面取得新进展。团队提出了一种新型零死区式集成外差光栅仪，可实现三自由度的亚纳米级测量，并显着提升了系统在复杂环境下的稳定性和抗干扰能力。该成果为光刻系统、原子制造测量和航空航天超精密测量等应用的高集成度、多维度测量系统发展提供了重要的技术支撑。

随着集成电路制造、精密机械加工及原子制造等尖端产业不断迈向纳米皮米级精度，对测量系统在多自由度同步测量、环境鲁棒性和系统集成度方面提出了更高的要求。当前主流的激光干涉仪和电容传感器难以在测量精度、三维连接、系统体积和抗干扰能力之间达到平衡。特别是在复杂环境下，直接视力、串扰相位和“死区效应”成为光纤测量的关键。

李星辉团队提出并提出了一种集成化零死区外差光栅干涉系统，采用空间近似双光路架构，实现频率与圆周混叠作业的补救性消除，并构建了基于小波分析与巴特沃斯滤波器的相位校正算法，将串扰相位控制至5%以下。该系统采用简洁式设计，整体尺寸为90×90×40mm3，结合3个自由度纳米压电平台，实现了拓扑实时多维转子测量。

实验结果表明，所标签的干涉仪系统在X/Y轴上可达0.25nm分辨率，Z轴为0.3nm，重复定位轨迹为0.8nm，线性度最高可达6.9×10⁻⁵，同时在1000秒的持续测试中保持在20nm（XY）与60nm（Z）的长时稳定性，测量量程分别达到10mm（XY）和2mm（Z），兼具极坐标和宽量程能力。该成果在我国多维测量仪器自主研发方面做出了先进性重要贡献，未来广泛有望用于高端制造、装备封装、量子系统调节等战略产业领域。

相关研究成果以“多维原子级测量：零死区集成式外差光栅干涉仪”（走向多维原子级测量：零死区集成外差光栅干涉仪）为题，于6月4日发表于《光：先进制造》（光：先进制造）。

深圳国际研究生院2023级博士生崔灿为论文第一作者，2021级硕士生高旅业（毕业）为共同作者，李星辉为通讯作者。其他合作者包括深圳国际研究生院2022级硕士生赵鹏博、马钰，20 23级硕士生杨孟涵、刘立福，2022级博士生黄光耀，2021级博士生汪盛通，2024级博士生骆林斌等。研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用研究项目、深圳市稳定支持计划项目的资助。