一种便捷的利用智能手机屏测量激光波长的方法

测量激光波长作为大学物理实验的重要内容,要求学生通过不同的方法测出波长,但高精尖光学设备难以获得,导致学生缺乏实践经验.利用实验法介绍了一种使用智能手机屏幕快速测量激光波长的方法,该方法需用设备简单,实验操作简便,具有测量结果精度较高的优点,能够激发学生的求知欲,提升学生整体素养.     

光学纳米测量方法及发展趋势

综述了光学方法中以频率跟踪方法、外差干涉仪、调频干涉仪、偏振干涉仪和光学光栅为代表的光学纳米测量方法。分析了它们的发展状况以及各自特点,指出建立适合于纳米测量的纳米环境是目前亟待解决的关键性问题,给出了光学纳米测量方法的发展方向和在设计测量系统时应该注意的问题     

利用纳米球提高红外波长上转换探测器效率

在红外波长上转换探测器氮化硅(SiN_x)钝化层制作单层六角密排的二氧化硅(SiO_2)纳米球阵列,以提高红外波长上转换探测器的整体效率.采用自组装的方法在器件钝化层上制备了直径分别约为300,450,750和1000 nm的SiO_2纳米球,并与无表面微纳结构器件进行对比测试.结果表明:钝化层附着SiO_2纳米球能有效地提高红外波长上转换器的光提取效率;当SiO_2纳米球直径为750 nm时的光提取效率最优,是无表面微纳结构器件的2.6倍,可实现低成本制作高效率红外波长上转换探测器.     

新兴的纳米结构亚波长光学器件及其发展

介绍了新颖的纳米结构亚波长光学器件的特点,从器件的基本功能特性和工作机理两个方面详细讨论了其应用状况,并阐述了纳米制造技术对亚波长光学器件发展的重要推动作用及这一领域今后的研究热点。     

一种提高激光波长测量精度的改进算法

分析了一种激光波长测定装置对波长较长的激光测量精度难以提高的原因,提出了用离散傅里叶变换精确测定有限长周期序列信号频率的改进算法.仿真结果表明:此算法切实可行,且有利于该装置测量精度的提高和测量范围的扩大.     

光梳多波长绝对测距的波长选择及非模糊度量程分析

飞秒光学频率梳作为精密光学频率标尺,可以用来产生频率稳定度极高的单波长连续激光,利用其多个梳模制备理想的多波长光源用于绝对距离测量具有测量速度快、实时性强、非模糊度量程大、精度高等优点。以多波长测距的基本理论和光梳高频率稳定度为基础,提出了二次合成波长的方法,不仅扩展了非模糊度量程,同时为干涉信号的多波长解调创造了足够的波长间隔条件。结合光梳的波长特点,分析了基于光梳的多波长选择与非模糊度量程的关系,并阐述了具体的选择步骤及波长组合结构。利用小数重合解调算法,在0.01的小数相位测量精度条件下,仿真验证了四波长干涉测距的非模糊度量程为35.636mm,五波长干涉系统可以达到几百毫米的非模糊度量程,后者相对分辨力的动态量程达到109量级。     

爆轰法合成纳米氧化铈粒径的控制

为获得爆轰合成过程中纳米氧化铈粒径的控制方法,采用乳化炸药爆轰法合成了纳米氧化铈粉末,研究了乳化炸药基质中水相液滴的尺寸对乳化炸药爆速和纳米氧化铈粒径的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和激光粒度仪,对不同乳化条件下得到的乳化炸药基质和相应的纳米氧化铈进行表征。结果表明,乳化炸药基质中水相液滴的尺寸对乳化炸药爆速和纳米氧化铈粒径均有较大的影响,乳化炸药基质中水相液滴的尺寸越小,相应的乳化炸药爆速越高,爆轰合成的纳米氧化铈的粒径越小,且粒径分布越均匀。     

基于双光栅的纳米测量方法

针对两个物体或平面的相对位移和间隙的纳米级变化量,提出并研究了一种光栅测量方法.采用两组周期接近的微光栅重叠可以产生一组周期分布的条纹,条纹的周期相对于两光栅周期被大幅度放大,并将光栅间的位移反应在条纹的相位信息中.建立了关于双光栅产生叠栅条纹的复振幅分布的近似理论模型.基于该模型设计了一种能够测量两个平行平面相对位移和间隙的方法.针对光栅移动产生相应条纹的过程进行了数值计算.结果表明,两个平行平面的相对微位移将引起相应条纹的大位移,并且该方法最终能在纳米级以内分辨两平面(物体)的相对位移或者间隙变化量.     

一种实时测量入射激光波长及方位的新方法

提出了一种利用CCD和光栅实时测量入射激光波长及方位的新方法。该方法利用成像CCD,通过测量入射激光成像点在电视成像坐标系中的位置来确定激光的入射方位;根据光学系统中成像点位置与光栅入射角和衍射角的几何关系,利用光栅测量入射激光的波长。介绍了该方法的测量原理及光学系统结构,给出了测量入射激光波长及方位的计算表达式,分析了测量误差,并在室内通过测量实验对该方法进行了验证。     

多波长激光主动式相干合成理论初探

本文从相干合成的基本原理出发,建立计算模型,通过对多波长两路相干合成实例的仿真计算,得到了多波长两路相干合成效果的预测公式;在多波长相干合成中光程差至关重要,按照能否进一步通过主动控制,获得好的合成效果,可将光程差划分为可控区和不可控区两类,只有当光程差处于可控区时,才能进一步通过主动控制获得好的合成效果;在光程差任取的情况下,光程差处于可控区,能够通过主动控制获得好的合成效果的概率与光谱结构紧密相关,近似随着波长数目的增多成反比减少. 对于多波长相干合成可采取复合控制的方式,先利用大光程控制器件将光程差 关键词： 光纤激光 多波长相干合成 光程差     

基于合成波长法的飞秒激光外差干涉测距方法

本文提出了一种基于合成波长法的飞秒激光外差干涉测距方法.系统采用两个带通滤波器产生两个具有一定波长差的单波长,用于产生合成波长.本方法结构简单,能量利用率高.与双频激光干涉仪在40 mm范围内的比对结果表明,该方法比对残差的标准差为91 nm.     

大范围高精度的纳米测量现状与发展趋势

介绍了用于大范围高精度纳米测量的方法和当前的发展动态。给出了大范围高精度纳米测量所取得的成果及具体的仪器装置。提出了一种基于合成波长条纹细分原理的新颖的纳米测量方法,在数十毫米的测量范围内,理论上可以达到1/440000的细分系数。     

利用光频梳提高台阶高度测量准确度的方法

提出一种利用光频梳和可调谐半导体激光器提高台阶高度测量准确度的方法. 通过将可调谐激光器锁定至光频梳,可对激光器的输出波长进行精确锁定与测量.基于可调合成波长链原理,利用锁定后的半导体激光器构建了一套台阶高度测量方案,该方案可消除合成波长误差对台阶高度测量不确定度的影响. 采用一台可调谐半导体激光器和光频梳进行了5000 s的连续锁定实验, 结果表明,锁定后的可调谐半导体激光器的频率稳定度达 1.8×10^-12.该方法的理论测量不确定度约为7.9 nm, 且测量结果可溯源至时间频率基准.     

精密测量中的纳米计量技术

随着纳米科学的迅速发展,对纳米计量技术也提出了更高要求。目前,纳米计量技术已经实现在几十微米量程范围内具有亚纳米甚至皮米量级的测量分辨率。回顾了现在主要的纳米计量技术,包括激光干涉仪、差拍F P干涉仪、X射线干涉仪、光学+X射线干涉仪、基于频率测量技术和光频梳技术等,介绍了其工作原理、技术特点、应用范围及其最新研究进展。     

光学频率梳基于光谱干涉实现绝对距离测量

详细分析了光学频率梳光谱干涉的原理, 建立了较全面的光谱干涉的数学模型, 为实现绝对距离测量提供理论分析基础. 基于光谱干涉, 指出通过光谱干涉条纹的振荡频率, 即一次傅里叶变换, 可以实现绝对距离测量, 数值模拟结果表明, 最大测量误差为1.5 nm; 提出了一种等效的多波长并行零差干涉的方法, 分析了多波长并行零差干涉法的测距原理. 数值模拟结果表明, 多波长并行零差干涉法的最大误差为8.7 nm; 通过脉冲啁啾实现绝对测距, 分析了基于脉冲啁啾实现绝对测距的原理, 数值模拟结果表明, 最大测距误差为5.3 nm.     

用于位移精密测量的光外差马赫-泽德干涉仪

本文介绍了我们研制的用于位移精密测量的光外差马赫－泽德干涉仪。由于在光路设计中采用了共光路的布置，共模抑制技术得以实现，环境干扰产生的噪声得到很好的消除，相位检测的稳定性和精度大大提高。使用该干涉仪测量了一台在光学相移器内ＰＺＴ微位移驱动装置的电压－位移关系。测量结果具有良好的线性和重复性，与预期相符。根据测量数据分析，该光外差干涉仪具有３ｎｍ的位移测量精度。     

共光路移相单频激光干涉测长系统

单频激光干涉系统采用偏振光移相方法,用来解决常规单频激光干涉仪中的光强"零漂"问题。共光路设计提高了干涉系统的测量稳定性和重复性。采用光程差放大技术提高了干涉系统的分辨力。在构造了一套实验布局的基础上,分析了影响系统测长精度的主要因素,并对干涉系统的测量误差分量做了定量的分析,完成了系统的精度测试。     

Dispersive white-light spectral two-beam interference under general measurement conditions

Spectral-domain interference of two beams from a white-light source is analysed theoretically and experimentally when the effects of both dispersion in an interferometer and the response function of a spectrometer are taken into account. The spectral interference law is expressed analytically under the condition of a Gaussian response function of a spectrometer. The theoretical analysis is accompanied by experiments employing a dispersive Michelson interferometer and a low-resolution spectrometer. Two experiments with different amounts of dispersion in the Michelson interferometer are realized giving rise to the spectral interference fringes resolved only in the vicinity of the so-called equalization wavelength, at which the group optical path difference between interfering beams is zero. The recorded spectral interferograms are in good agreement with the theoretical ones, which are modelled knowing dispersion in the interferometer and the bandpass of the spectrometer.     

基于Mueller矩阵椭偏仪的纳米压印模板与光刻胶光栅结构准确测量

在纳米压印工艺中,对模板和压印结构的几何参数进行快速、低成本、非破坏性地准确测量具有非常重要的意义.与传统光谱椭偏仪只能改变波长和入射角2个测量条件并且在每一组测量条件下只能获得振幅比和相位差2个测量参数相比,Mueller矩阵椭偏仪可以改变波长、入射角和方位角3个测量条件,而且在每一组测量条件下都可以获得一个4×4阶Mueller矩阵共16个参数,因此可以获得更为丰富的测量信息.通过选择合适的测量条件配置,充分利用Mueller矩阵中的测量信息,有望实现更为准确的纳米结构测量.基于此,本文利用自主研制的Mueller矩阵椭偏仪对硅基光栅模板和纳米压印光刻胶光栅结构进行了测量.实验结果表明,通过对Mueller矩阵椭偏仪进行测量条件优化配置,并且在光学特性建模时考虑测量过程中出现的退偏效应,可以实现压印工艺中纳米结构线宽、线高、侧壁角以及残胶厚度等几何参数更为准确的测量,同时对于纳米压印光刻胶光栅结构还可以直接得到光斑照射区域内残胶厚度的不均匀性参数.     

基于Mueller矩阵成像椭偏仪的纳米结构几何参数大面积测量

为了实现有效的工艺监控, 在批量化纳米制造中对纳米结构的关键尺寸等几何参数进行快速、低成本、非破坏性的精确测量具有十分重要的意义. 光学散射仪目前已经发展成为批量化纳米制造中纳米结构几何参数在线测量的一种重要手段. 传统光学散射测量技术只能获得光斑照射区内待测参数的平均值, 而对小于光斑照射区内样品的微小变化难以准确分析. 此外, 由于其只能进行单点测试, 必须要移动样品台进行扫描才能获得大面积区域内待测参数的分布信息, 从而严重影响测试效率. 为此, 本文将传统光学散射测量技术与显微成像技术相结合, 提出利用Mueller矩阵成像椭偏仪实现纳米结构几何参数的大面积快速准确测量. Mueller矩阵成像椭偏仪具有传统Mueller矩阵椭偏仪测量信息全、光谱灵敏度高的优势, 同时又有显微成像技术高空间分辨率的优点, 有望为批量化纳米制造中纳米结构几何参数提供一种大面积、快速、低成本、非破坏性的精确测量新途径.