随着高新科技行业的快速发展,芯片尺寸、超大规模集成电路等尺寸越来越小,因此对高端光刻机对准系统的位移分辨率和定位精度要求也越来越高,这对微位移的计量工作也提出了更高的要求。法布里-珀罗(F-P)激光干涉仪由于理论上的测量分辨率能达到亚纳米级甚至皮米级,不存在非线性误差,并且可溯源的特点,一直以来都是计量领域研究的重点。F-P激光干涉仪的测量过程需要进行激光换模,如果这一过程复杂缓慢,则会引入较大的误差,因此本文针对F-P激光干涉法快速换模锁相技术进行研究,旨在建立起能够实现快速测量微位移的F-P激光干涉法微位移测量系统。论文首先对国内外微位移或者微小尺寸测量的研究现状进行分析总结,描述了现阶段F-P激光干涉法微位移测量的原理和不足之处,并提出快速换模锁相的微位移测量方案。接着设计并搭建了F-P激光干涉法微位移测量系统的光路;基于VC#和数据采集卡设计了F-P腔透射光强信号采集转换模块程序,并实现位移过程中干涉级次变化量的快速计数;设计了工作激光频率扫描谐振腔频率并完成锁定的程序模块。最后将干涉级次变化的计数结果与工作激光频率扫描锁定过程中的变化量相结合,给出位移测量结果。论文设计了系统自身的测试实验和与商用激光干涉仪的比对实验来验证FP激光干涉法微位移测量系统的稳定性和可行性。实验如下:(1)设计了透射光强采集模块的校准实验,对AD采集卡进行校准后,光强电压峰值处的转换误差由原来的8.4%减小至0.1%;(2)系统稳定性的测试实验,实验测得相邻透射光强峰值平均间距为158.4nm,与理论值相差0.2nm。激光频率锁定稳定性的实验测得其频率漂移量小于8MHz,表明系统的稳定性良好;(3)位移测量实验,与PI纳米定位平台的返回值平均示值差小于2.2nm;(4)与商用激光干涉仪的比对实验,实验结果分析出该商用干涉仪存在非线性误差,非线性误差的值约为±2.0nm。