光栅尺作为微纳米精密位移测量的重要工具，不仅具有亚微米级的分辨率和精度，而且能够进行数百毫米甚至米级的长程测量，相对于位移激光干涉仪，具有抗干扰能力强、成本低等优点，广泛应用于精密机床加工、机器人技术、半导体制造等领域。同时，工业制造在一定程度上标志着一个国家的发展水平，精密制造的飞速发展对测量精度和分辨率提出了新的要求，光栅尺作为制造的眼睛受到了许多研究人员的关注，广大学者提出了各种新型光学结构、信号解调方法等以提升光栅尺的性能。　　本研究主要内容包括：⑴介绍设计标尺光栅的基础理论，包括标量衍射理论和矢量衍射理论。由于光栅尺结构要求标尺光栅在入射角度偏离利特罗角度入射时依然保持着高衍射效率，根据矢量衍射理论对1780线的标尺光栅进行优化，得到了符合要求的光栅结构。在光栅制作之后，还需对其进行检测。传统的光学衍射法和扫描显微镜技术已能够对小周期的标尺光栅进行评估，但在推广到大周期的标尺光栅时则存在耗时、成本高等缺点。为此，我们提出了一套测量系统，该系统结合显微物镜和CCD图像采集的特点，采取相关处理方法，得到亚像素级的测量重复精度，这不仅能够对大周期标尺光栅的均匀性进行评估，而且能得到高精度的结果，为计量光栅的评估奠定了基础。⑵提出了一种基于利特罗角度入射的二自由度光栅干涉仪结构，充分利用了双频激光光源和利特罗角度入射的特点，使得测量光束和参考光束不共径的区域减到最小以增强结构的抗干扰能力。同时，由于该结构分别对两个测量光束得到的信号分开处理，巧妙地解调出标尺光栅在水平方向和竖直方向上的位移。在传统的光栅干涉仪结构中，一维的标尺光栅只能进行一维的测量，要进行二维的测量只有采用二维的标尺光栅，此结构在增强系统稳定性的同时，打破了这个传统，基于一维的标尺光栅，能够同时得到二自由度的位移信息。⑶设计了多种光栅干涉仪的结构，大大地提升了光栅干涉仪的光学细分倍数。并对基于特殊棱镜的高光学细分光栅干涉仪进行了详细的设计分析和制作，通过高光学细分光栅干涉仪的测量结果与商用位移激光干涉仪的测量结果进行对比，从实验上验证了理论设计的可行性。另外，值得注意的是，本实验中设计的特殊棱镜实现的是8倍光学细分，这些高光学细分模块可以设计成更高的光学细分倍数，如12倍、24倍，甚至36倍等，高光学细分倍数仅仅受限于标尺光栅的尺寸和衍射效率。如此高的光学细分倍数，将大幅度地提高光栅干涉仪的分辨率，有利于提高光栅干涉仪的性能，拓展其在各领域中应用。⑷总结了信号探测的若干个结构，分析了每个结构运行的机理，为探测结构的设计和改进奠定了基础。最后，为了解调位移信号，介绍了实验中使用的椭圆拟合方法，以降低解调误差。