随着现代化科技水平的不断提高，在超精加工、材料科学、生物制药等领域都迫切需要大量程、纳米级精度的计量设备。本文提出了一种基于3×3耦合器的小型化光栅干涉式位移测量方法，将空间光转化为光纤光，降低了环境因素对测量精度的影响。制作完成了系统样机，系统整体结构简单、调节方便。为小型化、高精度的光栅干涉位移测量系统提供了技术参考。本文主要的研究内容及创新点包含以下几个方面：　　1．首次将光纤耦合器与计量光栅两者结合，构造干涉测量系统，不仅利用了计量光栅测量基准可靠、零漂小的特点，同时结合了光纤耦合器结构简单、性能稳定、调试方便的特点，实现了一种新型的干涉位移测量系统。　　2．位移测量系统的理论分析。解释了光路系统工作的基本原理；根据购买3×3耦合器出厂测试的分光比及损耗，通过散射矩阵，计算出了理论上耦合器三路信号之间的相位差。　　3．以严格耦合波理论为基础，介绍了偏振入射光为TE、TM时的理论推导过程。在对光栅进行设计时，分别以表面镀铝和镀金为条件通过Matlab进行仿真分析，选择一级衍射光衍射效率最大时的归一化深度，作为光栅的刻划深度。最后对光栅制作加工条件提出具体要求。　　4．对位移细分算法进行了深入的研究，讨论了如何鉴别位移方向，如何实现高倍的电子学细分。在电子学细分中，将实际情况在存在的温度、湿度及空气扰动等影响因素考虑在内，提出了基于反正切变换的三路信号高精度细分算法。仿真结果表明，细分算法能够对位移量进行实时跟踪、精确测量。　　5．对设计的3×3耦合器测量系统与标定系统进行了对比实验测试。借助标定设备双频激光干涉仪HP5530，对光栅位移测量系统分别进行了稳定性、小量程、大量程和重复性的测试，对系统进行全面的性能评估分析。　　6．对引起测量误差的因素，如光栅、光路结构、电路、光纤耦合器等引入的误差进行分析说明，并指出了误差产生的原因及可行的消除办法。