标准环规溯源问题探讨

提出一种新的标准环规溯源方法。用 63 3 nm和 5 43 nm激光 ,通过干涉测量和小数重合法 ,得到标准环规内尺寸 ,其不确定度可以达到或优于 0 .0 5μm 0 .5× 10 - 6 L     

NIST:光学显微技术作为有效纳米测量手段

<正>最新实验结果证明:美国国家标准与技术研究院(NIST)几年前研发的技术可以使光学显微镜以纳米级的分辨力测量物体三维形状,远低于光学显微技术正常的分辨力极限(对于绿光大约是250nm)。该成果有望使这项技术成为纳米器件,例如,下一代微芯片制造的有用质量控制工具。NIST实验显示离焦扫描光学显微(TSOM)技术能够探测3-D形状细微差别,揭示直径小于50nm的物体中尺寸小于1nm的变化。2013年NIST的模拟研究显示:TSOM技术理论上可以达到这一点,目前新的测量结果使其在实际中得到证实。     

激光干涉共焦显微镜

光学共焦显微镜现己广泛地应用于微机械、生物样品、材料及微电子器件的三维测量,但经典的光学共焦显微镜由于原理性限制,其分辨率与精确度远低于接触式传感器。现结合双频激光干涉仪和共焦显微镜的优点,使激光干涉共焦显微镜不仅横向分辨率高,而且使纵向分辨率达到0．1nm,扩展不确定度U95=13．4nm,使之能测量纳米量级形位变化,而且测量值直接溯源至激光波长。     

聚合物光纤光谱损耗特性的研究

截断法测量聚合物光纤 ( POF)的光谱特性是研究其损耗的一种有效方法 .用平面光栅单色仪对聚合物光纤聚甲基丙烯酸甲酯 ( PMMA)和聚苯乙烯 ( PS)的损耗光谱进行了测量 ,结果 PMMA芯 POF有三个传输窗口 ,分别为 5 2 0 nm,5 74nm,65 0 nm.在 5 2 0 nm,5 74nm处的损耗较小 ,且特性较为平坦 ,有很好的应用前景 . PS芯 POF窗口分别为 5 5 0 nm,5 80 nm,63 0 nm,670 nm,73 3 nm和 780 nm.在 5 5 0 nm,5 80 nm处同样有较好的应用前景     

共路激光干涉测量系统的研究

激光干涉测量系统在精密测量领域占有重要地位,它对温度变化、大气变化、激光波长变化、机械安装误差和外界振动等比较敏感,影响系统的测量精度和稳定性。针对此情况,该文提出一种新型的激光干涉光路,两光臂呈完全共路结构,使干涉条纹信号具有极强的抗干扰能力;对光路进行抗干扰分析和理论推导;构建位移测量系统,进行系统测试实验和误差分析。实验表明,本系统测量分辨力0.72nm,合成标准不确定度5．2nm（k=2）,运行速度0．56mm／s,量程0．01mm。     

接触式定位控制传感器的研究

介绍了一种高精度接触式电感定位传感器,它集光机电技术于一体.传感器测头接触到被测表面后,当接触测量力达到设定值时,测头发出准确的定位信号.对传感器进行了定位重复性测量,其3倍标准偏差<5 nm.     

新型长距离无导轨激光干涉仪

外腔半导体激光的线宽小于100 kHz,干涉相干距约为1000 m,波长可调节范围超过100 nm(1495～1645nm),应用上述二项特性,通过改变波长(频率)测得任意点到仪器的距离(不需要在测量计数时移动反光镜).其测量距离大于100 m,分辨率可以优于3 nm,不确定度可以达到2.5×10-6 L,达到工程测量对测长仪器的要求.为提高测量不确定度,还可以使用2个或2个以上特定波长,通过小数重合法,更精确测得与被测点的距离,不确定度可以达到5×10-7 L.其优点是:测量时无需导轨移动测量镜(对比双频激光干涉仪)、可以挡光进行间断测量(对比激光跟踪仪)、测量不确定度和分辨率精度指标高(对比激光测距仪).可以为尺寸大、形状复杂的几何物件和大型建筑物、基线场等精密测量提供十分有效的方法和工具.     

纳米定位测量机操作-测量结果

伊尔梅瑙工业大学过程测量和传感技术研究所研制了三维纳米定位和测量机(NPMM).阿贝无偏设计使得该机器异常精确.在整个25 mm×25 mm×5 mm的定位和测量域内,干涉测长系统分辨力可达0.1 nm,不确定度达5～10 nm.提供了纳米定位测量机的基本信息,介绍其操作模式,并给出了测量结果.     

新型移相量块干涉仪的研制

研制了一台用于0.5~100 mm量块测量的新型移相量块干涉仪,分别以波长为633 nm和543 nm的两台稳频激光器作为测量光源,通过一根单模光纤引入到干涉仪内。高精密移相器实现5步移相干涉测量,CCD相机采集干涉条纹并计算干涉条纹小数,被测量块长度采用多波长的小数重合法计算。移相量块干涉仪的测量不确定度达到U=0.015μm+0.07×10~(-6)L(L为量块长度,mm)。     

非晶态和纳米晶碳化硅薄膜的制备及力学性能

以SiC超细粉为原料、利用热等离子体PVD(TPPVD)技术快速制备出了优质非晶态和纳米晶SiC薄膜.用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子谱、红外分光谱对薄膜的微结构进行了观察和分析.用纳牛力学探针测量了薄膜的力学性能.研究结果表明,只有当基板温度低于600℃、粉末供给速度不超过20mg/min时可沉积非晶态SiC薄膜,最大沉积速度达到25nm/s;当基板温度在600℃～1000℃时沉积的β-SiC薄膜是晶粒大小为3 nm～5 nm的纳米晶薄膜,最大沉积速度达到230 nm/s.非晶态和纳米晶SiC薄膜的硬度分别达到33.8 GPa和38.6 GPa.     

超薄Ni81Fe19薄膜的各向异性磁电阻及磁性能

利用磁控溅射方法制备了一系列超薄Ta(5nm)/Ni81Fe19(20nm)/Ta(3nm)磁性薄膜。着重研究了基片温度、缓冲层厚度对Ni81Fe19薄膜各相异性磁电阻(AMR)及磁性能的影响。利用X射线衍射仪分析了薄膜结构、晶粒取向;用四探针技术测量了薄膜的电阻率和各向异性磁电阻;用FD-SMOKE-A表面磁光克尔效应试验系统测量了薄膜的磁滞回线。结果表明:在基片温度为400℃时制备的Ni81Fe19薄膜具有较大的各向异性磁电阻效应和较低的磁化饱和场,薄膜最大各向异性磁电阻为3.5%,最低磁化饱和场为739.67A/m。基片温度为500℃制备的薄膜,饱和磁化强度Ms值最大。随着缓冲层厚度x的增加,坡莫合金薄膜的AMR值先变大后减小,在x=5nm时达到最大值。     

用于微纳米几何量尺寸测量的三维微接触式测头

为实现微纳尺度器件三维几何形貌测量及表征,基于电容和压阻原理,开发了两种三维微接触式测头。其中电容测头测量范围4.5μm,轴向分辨力和横向分辨力分别为10 nm和25 nm;压阻测头测量范围4.6μm,轴向分辨力和横向分辨力分别为5 nm和10 nm。两种测头均可集成到纳米测量机,实现微结构几何参数的测量。     

共平面二维高精度工作台误差修正与实验研究

该文通过采用误差分离与修正技术,对微纳米三坐标测量机x-y平面内存在的各项误差进行全面分析。利用高精密检测仪器和标准件,设计误差分离与修正方案,并对修正过的误差项补偿效果进行测试。然后通过实验测量标准量块平面度、长度等量值,以检验修正后的微纳米三坐标测量机测量精度。实验结果显示,一等量块工作面的平面度测量重复性标准差达到9.5nm,x和y方向长度测量的标准差分别达到了10nm和19nm。理论分析和实验表明,所研制的二维高精度工作台可用于高精度的三维测量。     

衍射光学元件表面形貌测量方法研究

提出了一种基于双光路双波长相移干涉显微原理的新型 DOE三维表面形貌测量方法 ,并建立了相应的测量系统。理论分析和测量结果表明 ,测量系统纵向分辨率为 0 .5 nm,横向分辨率约为 0 .5 μm(NA=0 .4) ,在整个纵向测量范围内重复测量精度优于 1 .3nm,满足了 DOE表面形貌测量的需要。     

接触式量块激光干涉仪测量软件的设计与应用

本文针对接触式量块激光干涉仪的自动测量软件提出一套简便实用的设计方法 ,包括数据结构的定义、测量界面的组成、数据文件的自动处理及测量结果的自动保存等。在实验中 ,测头接触的重复性优于 1nm ,测量量块的重复性小于 5nm。     

1000～2500 nm宽波段的葡萄糖吸收光谱的测量波长优选

采用近红外光谱法无创测量人体血糖时,葡萄糖浓度变化引起的光强信号微弱,为了实现目标测量精度,需要选择适宜的测量波长使葡萄糖引起的吸收信号水平强于噪声信号水平.本文提出了基于最佳光程长的测量波长选择原则,可在测量灵敏度最大的条件下,评价葡萄糖吸收光谱的测量是否可行.以葡萄糖在水溶液中的测量为例,基于最佳光程长理论,对1 000~2 500 nm的每个波长均进行光程优化,以1 mmol/L的检测浓度为目标,筛选了可行的测量波段.结果表明,即使在最佳光程长下检测,该检测目标对测量光谱的重复性信噪比要求也非常高,当SNR达到10 000∶1时,仅有4个波段满足要求,分别是:1 000~1 160 nm,1 375~1 420 nm,1 590~1 640 nm和1 870~1 910 nm.其中短波长波段1 000~1 160 nm对光谱信噪比的要求最低,且最佳光程长最长,皮肤穿透深度最大,显示了较好的应用前景.这一结果对皮肤中的葡萄糖测量的波长选择有较好的参考价值.此外,本文所提出的波长选择方法也同样适用于采用吸收光谱法对其他物质成分的测量.     

平面绝对检测闭环自检实验研究

基于Ai C和Wyant J C的奇偶函数法,提出了4步旋转绝对检测方法,减少了旋转次数,将第二次测量的旋转角度选为90°。实验基于HOOL L9600A-HS3干涉仪,采用4步旋转绝对检测方法,将3个平面两两互检计算出3个平面的绝对面形。其中平面C的表面面形起伏高度均方根(RMS)值和峰谷(PV)值分别为3.460 nm和35.227 nm,经闭环自检后的测量结果分别为3.783 nm和34.305 nm以及3.669 nm和34.252 nm,数据基本一致,表明测量数据能够实现闭环自检。使用该方法对中国计量科学研究院的标准平面镜进行测量, 平面的RMS值和峰谷PV值分别为2.400 nm和19.600 nm,与该院的测量结果2.000 nm和16.000 nm对比,两者的测量偏差在nm量级,充分证明了实验的有效性及高重复性;此外实验还分析了温度对测量结果的影响。     

一等大量块(125～1000 mm)检定装置

量块的测量是长度计量的重要基础.文中的装置采用了高精度的633 nm碘稳频氦氖激光器和543 nm热稳频氦氖激光器各一台,分别将不同波长的激光光束入射到典型的迈克尔逊干涉仪中,使放置在测量光路中的量块与平晶研合在一起的组合体和参考镜进行干涉,利用CCD摄像机获取干涉图像,同时测量量块温度及空气折射率(或环境参数),一同输入计算机中进行处理计算得到测量结果.对于125～1000 mm量块的测量难点是保证温度要稳定、均匀、偏离20 ℃的范围要小.为此,设计了可高精度控温的仪器箱,可调节温度到17～23 ℃,温度变化率小于0.01 ℃/h,从而实现量块线膨胀系数的测量.该装置的量块长度测量不确定度达到U99 =0.02 μm+0.2×10-6 L,量块线膨胀系数测量的不确定度可达U99 =0.2×10-6 ℃-1.     

微米、纳米颗粒国家标准测量装置的研究

研究的目标是建立一套可溯源至激光波长的微米、纳米颗粒国家标准测餐装置,它用扫描电子显微镜高倍数放大、对准和定位颗粒影像,采用纳米位移扫描工作台和激光干涉仪测量微米、纳米量级的标准颗粒直径,其测量标准不确定度可优于5 nm+5×10~(-3).通过文中测量认证的标准颗粒校准各类不同原理和测量范围的颗粒测量仪器,达到各型颗粒测量仪器的量值准确和统一,并溯源至激光光波波长.     

单片机控制的高精度Michelson干涉型波长计

设计了Ⅻehelson干涉型激光波长计干涉条纹的单片微机计数硬件电路，编写了8254计数和KeilC51波长运算程序．为提高仪器的测量精度，在硬件和软件上提出了新的设计方案．两个8254计数器可以在单片微机的控制下自动从参考光脉冲信号的下降沿开始对参考信号和被测信号同时计数；参考激光干涉条纹计数满1500000后。参考信号和被测信号的计数器可以同时被自动锁定；单片微机得到锁定信号后，完成两个计数值的读取、波长运算、10次移位平均和7位波长显示．对633nm和532nm两种稳频激光波长进行了实际测量，测量数据表明该计数系统使波长的测量精度达到2×10^-7．