甚多轴高速超精密激光干涉测量技术与仪器，是高端装备发展与前沿研究领域的重大核心技术基础，其重大价值表现在两方面：(1)作为光刻机等高端装备中不可替代的核心单元，其直接决定了装备所能达到的极限运动精度与整体性能；(2)作为国家/国防溯源精度最高的长度计量测试仪器，其准确统一全国相关量值，并支撑国际单位制量子化变革等前沿研究。以国际上的先进光刻机为例，为保证光刻精度和效率，如图2-1所示，其内部通常需嵌入包含20个以上测量轴的高速超精密激光干涉测量仪器，以实时测量米/秒级高速运动的掩模/硅片的相对位置，其测量精度要求已达数纳米，并将进一步突破至亚纳米量级。然而，正是考虑到甚多轴高速超精密激光干涉测量对高端装备发展与前沿研究领域的重要性，美欧方面始终重视并垄断该类技术，且对我国严格禁运/限运（如美国商务部出口管制清单2B006条款）；同时该类仪器技术复杂、难度极大，我国一直不掌握，其已成为制约我国高端装备发展和前沿研究的“卡脖子”技术。瞄准这一国家重大需求，并针对该领域存在的共性瓶颈性难题：(1)测量基准——激光真空波长（频率）漂移大，导致“测不准”；(2)原理上存在纳米级以上的光学非线性误差，导致“测不精”；(3)测量速度和位移分辨力相互矛盾，导致“测不快”项目组突破系列核心技术和工程化关键技术，取得系统性创新成果： (1)发明了稳频点修正和弱耦合水冷的高精度激光稳频方法与装置，突破了热稳频激光器的长期频率漂移和短期频率噪声瓶颈，其相对不确定度从1×10-8量级提升至3.7×10-9 (k=3)； (2)发明了虚反射光迹精准规划的高精度非共光路外差干涉方法与镜组，从原理上消除了双频混叠引入的纳米级光学非线性误差，抑制了虚反射引入的亚纳米级光学非线性误差，使光学非线性误差从1 nm以上降低至0.013 nm； (3)发明了动态正交锁相的高速高分辨力干涉信号处理方法，突破了高测量速度和位移高分辨力难以兼顾的问题，同时实现了5.37 m/s的高速测量和0.31 nm的位移高分辨力。 共获授权发明专利48项（其中国际专利3项），制定标准2项，出版学术著作2部，发表SCI论文30篇，研制成功甚多轴高速超精密激光干涉测量核心单元及系列仪器，如图2-2和2-3所示。与国际同类顶级仪器产品（美国Keysight、Zygo）指标对比，4项核心技术指标中3项占优、1项持平；鉴定委员会认为“整体技术达到国际先进水平，其中高精度激光稳频、光学非线性误差抑制和动态正交测相技术处于国际领先”。技术成熟度达到十二级，在微电子装备制造领域，如国产先进光刻机研发和国内光刻机维修翻新等的需求；在重大前沿科学装置领域，如量子化质量基准研究；在超精密测量与计量测试领域，如航天科技与工程中高精度运动系统、精密传感器及大型精密零部件的超精密计量测试需求。研究成果已成功应用68台套，用于国产光刻机研发、国家质量基准量子化等国家重大工程中，解决了我国高端装备制造和前沿研究中的甚多轴高速超精密激光干涉测量技术难题，打破了国外技术封锁，具有重大的社会和经济效益，典型应用如图2-4所示。近三年新增经济效益5183.32万元，并开辟了巨大的潜在市场。

哈尔滨工业大学

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