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。     

大口径光学玻璃光学均匀性干涉绝对测量方法

在光学透射材料均匀性测量的各个方法中,干涉测量方法作为绝对测量方法,能摈除干涉仪标准面及待测元件的面形影响,具有很高的测量精度而逐渐被广泛使用。详细研究了使用干涉手段测量透射材料均匀性的方法,对其中材料切割角度所引入的误差进行了详细分析,并提出修正方法。同时研究了测量光学材料均匀性的拼接算法,实验表明：该方法可以实现用小口径干涉仪测量大口径玻璃材料的光学均匀性的目的,而且其测量精度很高。     

全自动在线六维纳米测量系统

介绍了一种用于在线检测纳米定位平台的全自动六维纳米测量系统。提出了整波长干涉测量方法,可以避免激光干涉仪的非线性影响,使系统能够得到准确校准,达到纳米级精度。该测量系统可以测定6个自由度,三维直线运动测量范围为100μm×100μm×100μm,分辨率能够达到1nm以下。     

光学材料光学不均匀性绝对测量误差分析

绝对测量技术去除了干涉仪参考面面形误差,可实现光学材料光学不均匀性的高精度测量。对现有主要光学材料光学不均匀性绝对检测技术进行了总结比较,针对像素错位、干涉图分辨率、干涉仪测量重复性、样品厚度以及折射率测量等因素对光学不均匀性绝对检测的影响进行了实验分析。实验结果表明:干涉仪重复性是光学不均匀性测量的主要误差。样品翻转测量法、样品直接透射测量法、平行平板样品测量法3种测量方法均可实现光学不均匀性（RMS）10-8检测精度。     

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.     

用于微位移测量的笔束激光干涉仪

介绍了一种基于空间干涉原理的亚微米零差干涉位移测量方法。该方法是对笔束激光干涉仪在微位移测量领域的应用 ,干涉仪的测量精度不受光束波前畸变等光源噪声的影响。给出了干涉仪主要结构参数的选取原则 ;构建了用于微位移测量的笔束激光干涉仪实验系统。实验结果表明 ,该系统具有纳米测量分辨率。     

自组建激光干涉仪测量平行板楔角

在光学实验平台上组建激光干涉仪,给出了测量微小楔角的原理和测量方法,导出了测量公式并进行了实际测量.     

基于法布里-珀罗干涉仪的激光谱线特性测量研究

法布里-珀罗干涉仪(简称F-P干涉仪)是具有高光谱分辨能力的光学测量仪器.通过分析F-P干涉仪的干涉图样,能够测量光谱学中的超精细结构,因此在精密光学测量领域中具有重要的研究意义.本文从F-P干涉仪的基本特性出发,介绍干涉仪的基本结构,着重阐述了基于F-P干涉仪的激光谱线特性测量方法,以期为教学与科研提供参考.     

单频偏振激光干涉仪中波片对非线性误差的影响

研究了用于纳米测量的激光干涉仪中光学波片对非线性误差的影响,基于琼斯矩阵理论建立了多波片的误差分析模型,分析了λ/2和λ/4波片引起的干涉仪非线性误差,对波片位置引起的非线性误差进行了实验研究.结果表明,波片位置调整精度对干涉仪测量影响巨大,在0～5°范围内,λ/2波片和λ/4波片引起的非线性误差分别为6.5 nm和9...     

光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法

光学均匀性是光学材料的重要指标,目前高精度的测量方法一般采用绝对测量法,而该方法步骤繁琐,容易受环境影响。根据波长移相干涉仪的移相特点,提出了测量光学材料光学均匀性的波长调谐两步绝对测量法。该方法在波长移相干涉仪中通过平行平板放入测量和空腔测量两个步骤得到平行平板的光学均匀性。在模拟仿真验证方法的正确性后,进行了实验研究,并与传统的绝对测量法的测量结果进行比较。结果表明,波长调谐两步绝对测量法可用于测量平行平板的光学均匀性,且测量步骤简单,精度较高。     

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.     

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。     

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。     

Through-focus scanning-optical-microscope imaging method for nanoscale dimensional analysis

We present a novel optical technique that produces nanometer dimensional measurement sensitivity using a conventional bright-field optical microscope, by analyzing through-focus scanning-optical-microscope images obtained at different focus positions. In principle, this technique can be used to identify which dimension is changing between two nanosized targets and to determine the dimension using a library-matching method. This methodology has potential utility for a wide range of target geometries and application areas, including nanometrology, nanomanufacturing, semiconductor process control, and biotechnology.     

四种典型旋转型干涉仪的光程差分析和仿真

从经典迈克尔逊干涉仪结构出发,主要分析了四种旋转型干涉仪的结构特点,以及干涉仪的光程差与旋转角度之间的关系。通过设定参数,使用干涉仪光程差表达式对这四种旋转型干涉仪的光程差作了模拟仿真。在干涉仪光程差表达式基础上,对这四种旋转型干涉仪的旋转速度与旋转角度之间关系也作了模拟仿真。通过对干涉仪光程差的模拟仿真和比较,能够直观地反映出干涉仪光程差与旋转角度之间的关系。在要求运动速度误差控制在3%以内情况下,讨论了四种旋转型干涉仪的旋转角度范围。通过对干涉仪的光程差分析和仿真,这对于研究干涉仪的结构和性能分析具有很好的借鉴意义。     

光纤白光干涉仪等臂长技术研究

介绍了几种光纤干涉仪等臂长技术,比较了各自的优缺点和适用范围,对光纤干涉仪的平衡有较大的参考价值。     

Laser optical fibre heterodyne interferometer with frequency indicating of the phase shift of a light signal in an optical waveguide

Self-sustained oscillations in a laser optical fibre heterodyne interferometer are discussed; oscillations were produced by closing into a loop the single-mode optical fibres of the interferometer. Such oscillatory systems are shown to feature high-frequency stability. It is proposed to use this oscillating interferometer as a high-sensitivity sensor of external factors affecting the optical waveguide.     

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。     

光纤连接器端面几何参量自动测量仪

报道了一种高精度测量光纤连接器端面几何参量的自动测量仪。叙述了光纤连接器的端面几何参量的测量原理。由光纤连接器端面形貌和纤芯中心坐标,可以高精度得到曲率半径、顶点偏移量、端面倾斜角和光纤高度等影响连接器性能的关键端面几何参量。该仪器体积小,自动化程度高,用户界面友好,使用方便,可测量物理接触、角度式物理接触等类型的光纤连接器端面几何参量。实际测量证明,该测量仪有很好的重复测量精度。该测量仪与美国Dorc公司ZX-1 mini PMS测量仪和Norland公司NC3000测量仪相比,测量精度水平相当。该仪器样机已通过华东国家计量测试中心的测试。