X射线干涉仪实现扫描探针显微镜样板线间距纳米测量

X射线干涉仪以非常稳定的单晶硅晶格作为长度单位 ,可以实现亚纳米精度的微位移测量。提出了将 X射线干涉仪和扫描隧道显微镜结合起来 ,利用单晶硅的晶格尺度测量扫描探针显微镜样板节距的技术方案 ,并进行了实验研究     

X射线干涉仪实现扫描控针显微镜样板线间距纳米测量

X射线干涉仪以非常稳定的单晶硅晶格作为长度单位,可以实现亚纳米精度的微位移测量。提出了将X射线干涉仪和扫描隧道显微镜结合起来,利用单晶硅的晶格尺度测量扫描探针显微镜样板节距的技术方案,并进行了实验研究。     

X射线干涉测量技术的最新进展

结合Ｘ射线干涉的基本特点，介绍了Ｘ射线干涉仪的几种基本形式。阐述了Ｘ射线干涉测量技术在纳米长度测量、小角度测量、ＳＰＭ的定标以及在其它测量领域内的最新进展，并对Ｘ射线干涉测量技术的发展作了展望。     

14.4 keV迈克耳孙X射线干涉仪设计及核心器件表征

介绍了一种全新的迈克耳孙X射线干涉仪设计，可用于57Fe穆斯堡尔14.4 keV核共振波长超精准测量。所设计结构是由反对称的三次劳厄衍射型（LLL）的X射线干涉仪和可以匹配14.4 keV波长的一体型双通道切槽单色器（MDCM）构成。在上海同步辐射光源利用14.4 keV单色光对国内首个自制LLL干涉仪的性能和MDCM的工况进行了在线测量和定量表征，得到了干涉仪条纹对比度的测量结果（0.37～0.63）和MDCM光学元件的修正参数。该研究为国内复杂构型X射线光学元件的研制和在线表征积累了技术经验。     

基于X射线掠射法的纳米薄膜厚度计量与量值溯源研究

为了实现纳米薄膜厚度的高精度计量,研制了可供台阶仪、扫描探针显微镜等接触测量的纳米薄膜样片,研究了X射线掠射法测量该纳米薄膜样片厚度的基本原理和计算方法,导出了基于Kiessig厚度干涉条纹计算膜层厚度的线性拟合公式,并提出了一种可溯源至单晶硅原子晶格间距和角度计量标准的纳米膜厚量值溯源方法,同时给出了相应的不确定度评定方法.实验证明:该纳米薄膜厚度H测量相对扩展不确定度达到U=0.3 nm+1.5%H,包含因子k=2.从而建立了一套纳米薄膜厚度计量方法和溯源体系.     

X射线像面全息术

提出了一种新的分辨率能达到10nm的X射线像面全息术。它采用了两个波带板,其中一个用来成像,另一个用来产生参考光束,能有效地降低对X射线相干性的要求。全息像能被CCD相机记录。此技术也能用在X射线干涉仪上,称之为双波带板X射线干涉仪。     

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     

跨尺度亚纳米分辨的可溯源外差干涉仪

提出了一种能够实现跨尺度测量具有亚纳米分辨力的可溯源外差干涉仪,利用小型化碘稳频532 nm激光器,将激光频率溯源至国际计量委员会推荐的复现米定义谱线之一的R(56)32-O(a10)上;使用双频激光空间分离的设计方法,抑制了双频激光混叠引起的测量位移非线性误差,补偿了光纤与声光调制器引入的相位噪声;通过高精度的相位测量技术,使相位测量分辨率达到了0.017°.干涉仪的不确定度评估结果显示,100 mm的量程内,其不确定度达322 pm,实现了跨尺度亚纳米分辨力可溯源的位移测量.     

皮米级分辨率测量及细分技术进程

综述了国内、外皮米分辨率测量的研究进展.介绍了高分辨率(皮米级)的测量方法和当前的发展,并对其原理及细分技术作了分析.针对典型测量方法的局限,阐述了另两种新颖的测量方法,并较深入地分析其优势及不足.着重分析了多次反射式光学干涉仪的测量方法,相对于X射线干涉仪,它具有更高的分辨率且其装置较简单,易于实现,在光谱学、高准确度测量等领域的应用前景较好.     

同步辐射X射线磁二色性在自旋电子学研究中的应用

文章对同步辐射X射线磁圆二色谱和X射线磁线二色谱的独特优点进行了综合分析,并通过一些典型应用实例说明同步辐射磁性测量技术具有元素分辨能力、高灵敏度、纳米量级空间分辨能力和皮秒量级时间分辨能力,并可用于测量铁磁性和反铁磁性,因而在自旋电子学材料和器件研究领域具有广泛的应用前景.     

Heterodyne interferometer with two spatial-separated polarization beams for nanometrology

An interferometer having accuracy in displacement measurement of <1 nm is necessary in nanometrology. To meet the requirement, the periodic nonlinearity mainly caused by polarization and frequency mixings should be less than deep sub-nanometer. In this paper, two spatial-separated polarization beams are used to avoid mixings and then the periodic nonlinearity. The developed interferometer demonstrates a periodic nonlinearity of about 25 pm and a 2 pm/Hz in displacement noise level.     

纳米分辨率外差干涉信号处理电路相位畸变的实验研究

外差干涉是实现纳米精度长度测量的重要手段。采用电子倍频、混频、高频计数的方法可处理外差信号实现亚纳米分辨率,具有电路简单、能计大数的优点,但会引入电子信号的相位畸变,引入测量的动态误差。本文通过理论和实验分析了这一误差,表明在电子倍频中锁相环引起的相位畸变仅在亚纳米量级,但在混频环节中带通滤波器引入的相位畸变则可达几纳米,引入较严重的误差。本文通过采用低频差横向塞曼激光器产生３２０ｋＨｚ的外差信号,并采用ＦＰＧＡ技术实现倍频后的高频率信号直接计数,省略混频环节,从而实现了高测量分辨率并避免了这一误差。     

纳米计量与原子光刻技术分析

为了说明原子光刻（Atom Lithography）在纳米计量及传递作用中的特殊地位，首先对纳米计量标准及其现状进行了简要介绍，提出纳米计量中原子光刻的基本概念和优势，结合原子光刻实验装置对原子光刻技术的工作机理进行了分析。结果表明，可以通过原子光刻技术得到纳米量级刻印条纹，为纳米计量及标准传递提供更加精确的手段。最后对常见的2种原子光刻技术——沉积型原子光刻和虚狭缝型原子光刻进行了阐述，指出2者的不同之处，为不同条件下原子光刻提供了一定的借鉴。     

Digital measuring scheme for half-wave voltage of Y-tap multiple integrated optical circuit

A high-precision digital measuring scheme for half-wave voltage of Y-tap multiple integrated optical circuits is proposed. This scheme is based on Sagnac interferometer modulated with digital step waveform whose frequency is half of eigen frequency of the interferometer. The technology and measuring precision are discussed. An experimental setup is made and the temperature-dependences of half-wave voltage of two samples are studied. Analysis and experimental study prove that this scheme is convenient and accurate.     

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。     

混合干涉型分布式光纤传感器PGC信号解调设计与实验分析

对一种基于马赫-曾德尔和萨格纳克混合干涉仪原理的分布式光纤泄漏检测系统调制解调技术进行研究,对PGC解调技术进行理论分析。针对所选泄漏分布式光纤传感特点设计了PGC解调硬件电路,并对PGC解调电路进行了测试。实验中待测信号为0~50 kHz,载波频率为300 kHz,截止频率为50 kHz, 移相后与待测信号的相关系数达到0.95,谐波失真小于3%,泄漏源位置为7.865 km,泄漏检测定位系统绝对定位误差为235 m,相对定位误差为2.35%。本解调定位系统具有稳定性和抗干扰性。     

光和原子关联与量子计量

物理量的测量与单位标准的统一推动了计量学的发展.量子力学的建立,激光技术的发明以及原子与分子物理学的发展,在原理与技术上进一步刷新了计量学的研究内涵,特别是激光干涉与原子频标技术的发展,引起了计量学革命性的飞跃.基于激光干涉的引力波测量、激光陀螺仪,基于原子干涉的原子钟、原子陀螺仪等精密测量技术相继诞生,一个以量子物理为基础,探索与开拓物理量精密测量方法与技术的新的科学分支——量子计量学(Quantum Metrology)已然兴起.干涉是计量学中最常用的相位测量方法.量子干涉技术,其相位测量精度能够突破标准量子极限的限制,是量子计量学与量子测量技术的核心研究内容.本文重点介绍近几年我们在量子干涉方面所取得的新开拓与新发展,主要内容包括基于原子系综中四波混频过程的SU(1,1)型光量子关联干涉仪和基于原子系综中拉曼散射过程的光-原子混合干涉仪.     

用于纳米测量的混合型外差干涉信号处理方法

通过对外差干涉信号同时进行相位检测和锁相倍频计数,可得到存在一定冗余度的一组测量结果,经过一定的逻辑混合;可实观测量分辨率优于０．１ｎｍ,测量范围不受λ／２周期限制,从而克服了以往单一采用相位测量法测量范围限于一个周期和锁相倍频计数法分辨率不易提高的难题。给出了在实际纳米测量干涉仪采用这种外差信号处理方法的测量结果。     

Measurement of the frequency modulation transfer function of a laser using a Mach–Zehnder interferometer

A technique is presented for determining the frequency modulation transfer function of a laser. The method is based on a Mach–Zehnder interferometer, with a significant difference in the optical path lengths of the two arms. A frequency-modulated laser beam incident on the interferometer produces a phase-modulated photocurrent signal with an effective modulation index that is related to the amplitude of the optical frequency modulation. Techniques for determining both the amplitude and the phase of the optical frequency modulation from the photocurrent signal are described.