阶梯光栅作为天文光谱仪的核心元件，是制约光谱仪性能的主要因素之一。随着望远镜口径设计的不断增大，对其配备的阶梯光栅的尺寸要求也越来越大。由于单体光栅目前最大尺寸有限，机械拼接是实现大尺寸光栅制作的关键。

近期，中国科学院南京天文光学技术研究所肖东研究员团队，在光栅拼接技术中取得新进展，该团队针对大尺寸阶梯光栅需求，以及对光栅拼接过程中存在的五维拼接误差的消除，设计提出了一种双级次同步干涉测量系统，有效解决了拼接过程中角度误差和位移误差周期性耦合问题。该系统具有检测精度高，检测范围大，原理简捷等优点。相关研究成果分别已在2021年2月发表于期刊《中国激光》上和即将发表于《光学学报》2022年第42卷第18期，并申请了国家发明专利。

据论文通讯作者韩建副研究员介绍，为了实现拼接检测的高精度，采用干涉测量，为了抑制五维误差的耦合效应，采用双级次同步检测，为了实现位移误差周期性消除，采用双波长测量系统，基于以上原因，该团队设计了一套双级次同步检测系统，如图1所示。同时该团队基于干涉条纹傅里叶分析，提出一种干涉条纹空间载频频率的九像素平均算法，有效抑制了条纹载频频率的泄露效应以及零频与载频之间的相互影响，并实现了通过傅里叶条纹数据处理算法对拼接光栅测试的干涉条纹进行角度误差和位移误差计算，其原理如图2所示。

图1 双级次同步检测系统原理图

图2傅里叶条纹分析算法流程图

位移误差的检测调整过程中，由于纵向位移误差存在周期性问题，该团队设计了一种基于迈克尔逊干涉的检测系统，利用粗调精调相结合的方式，有针对性的对不同范围的误差进行精确测量，实现了对纵向位移误差的大量程、高精度检测。目前实现上获得拼接角度误差<0.4μrad，纵向位移误差重复测量精度<10nm。后续，团队将进一步对更大尺寸的光栅进行完整拼接，并在工程上进行应用，对光栅拼接后稳定性进行测试分析。

（a）

（b）

图3（a） 角度精调测试图（b）位移精调检测干涉条纹图及波前拟合

该研究得到了国家自然科学基金天文联合基金重点项目（U2031211），国家自然科学基金（11873071、11903060、11973066）等项目的资助。

论文链接：

https://f.opticsjournal.net/Articles/OJ1a9c936d3311da5e/Abstract