基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统北大核心CSCD

为解决传统分离镜组式干涉仪体积较大,无法在空间受限的环境条件下应用的问题,开展了全光纤F-P干涉位移测量技术研究。根据干涉原理分析了不同反射率条件对干涉信号形式的影响,计算得出:当反射率为4%时,多光束干涉的光强信号将近似为正弦函数,并利用有限元仿真对位移测量原理进行验证。设计搭建了基于非本征F-P干涉技术的全光纤位移测量系统。实验结果表明:该系统在1 min内静态噪声电压标准差为23.3 mV;在1 mm位移范围内,该系统与XL-80激光干涉仪的测量结果呈现高度线性关系,线性相关系数R 2为1,且该系统位移测量重复性优于XL-80激光干涉仪。     

计量型激光椭偏仪初始入射角校准方法的研究

为保证计量型激光椭偏仪测量结果的准确性,研究了一种初始入射角校准方法,通过线性位移台带动CCD相机进行一维运动,其运动轴作为空间线性辅助参考量,实现了椭偏仪的入射激光光轴与自准直仪光轴的90°校准。结果表明:采用该方法校准计量型激光椭偏仪的初始入射角,光轴俯仰角偏差＜0.05°,偏摆角偏差＜0.09°;校准后,对标称值为102.10nm的Si上SiO₂膜厚标准片进行测量,示值误差＜0.4nm,提升了计量型激光椭偏仪测量校准服务的准确性。     

表面粗糙度国际比对自动测量系统关键技术研究

基于中国计量科学研究院的表面粗糙度基准计量装置,开展了视觉定位系统、自动操作系统和多自由度位移系统的研究,从而实现依据国际比对协议规定流程的自动化测量。实验验证表明:该系统可有效实现表面粗糙度的自动化测量,满足国际比对的要求。在对国际比对规定的表面粗糙度标准器的测量实验中,该系统的自动定位测量的重复性为4.2nm,相比于手动定位测量提高了2.6倍,有效地减少了测量过程中引入的人为误差。     

Precise measurement of gold nanorods by using depolarized dynamic light scattering apparatus

A precise and noninvasive method for the size and shape measurement of gold nanorods(GNRs) has been proposed based on depolarized dynamic light scattering(DDLS). A home-made DDLS apparatus has been established. By applying depolarized optical path with precise alignment method, the signal-to-noise ratio(SNR) of this apparatus is highly improved. GNRs with three different diameter and length has been precisely measured by using DDLS method as well as scanning electron microscopy(SEM). The thickness of adsorption layer of cetyltrimethylammonium bromide(CTAB) in solution has been taken into consideration. Results show that size measurement of GNRs by using DDLS method agrees very well with that by using SEM. In addition, it is shown that the extinction spectroscopy strongly limited the application of DDLS method by affecting the effective scattering light intensity. Proper laser wavelength should be chosen before the application of this method.     

计量型原子力显微镜的位移测量系统(英文)

针对纳米结构表征和纳米制造的质量控制需要,中国计量科学研究院设计并搭建了一台计量型原子力显微镜用于纳米几何结构的测量.为了将位移精确溯源到国际单位米,研制了单频8倍程干涉仪测量位移,样品表面形貌则由接触式原子力显微镜测量.一个立方体反射镜与原子力显微镜的测头固定,作为干涉仪的参考镜.两个互相垂直的干涉仪用于测量样品与探针在x-y方向的相对位置.样品台置于具有三面反射镜的零膨胀玻璃块上,由压电陶瓷位移台驱动.另外两台干涉仪测量样品与探针在z方向的位移,探针针尖位于干涉仪光束的交点以减小Abbe误差.由于光学器件的缺陷产生的相位混合会引起非线性误差,采用谐波分离法拟合干涉信号来修正误差,修正后干涉仪测量误差减小为0.7 nm.     

触针式表面形貌测量仪探针几何特性引起的失真机理与识别方法

触针式表面形貌测量仪广泛应用于表面粗糙度、几何形状和波纹度等参数的测量,但探针与被测表面交互时所产生的卷积效应会导致测量结果的失真。通过分析探针几何特性引起的失真机理,将失真按其特性分为典型失真和复杂失真。针对探针球形针尖和锥角复合效应引起的失真现象,提出了一种复杂失真的多模态识别方法。实验结果表明：相较于形貌测量仪单模态识别典型失真的限制,该方法可以有效识别形貌测量结果中的复杂失真,同时对测量结果提供可信度解释,为测量结果中失真数据的准确识别和还原提供新的思路。     

计量型原子力显微镜环境温度的测控

在纳米结构的检测与表征领域中,温度是影响纳米尺度测量精度的重要误差源.为此,根据测量材料的热物性和空气折射率与光学测量的关系,以计量型原子力显微镜和大范围纳米测量机为例,首先通过设计高精度多点测温系统进行精密的温度测量,分析估计在扫描测量纳米结构过程中温度变化对其测量结果的影响.其次对纳米测昔中温度测量的相关技术问题进行了研究,以保证纳米表征和检测在纳米尺度及其量值上的准确性.     

用于音叉式原子力显微镜的探针制备

建立了一种电化学腐蚀法钨探针制备系统,通过对电化学腐蚀过程中微弱电流信号的实时检测,实现对腐蚀电路快速通断的自动控制,断电时间0.3 ms。该系统制备出了具有与理想轮廓一致的指数形探针。分析了电解电压、电解液浓度与腐蚀电流的关系,得出腐蚀最佳参数。将石英音叉与钨探针粘接构成原子力显微镜测头,完成了调幅模式下的力曲线测试。实验结果表明:制作的钨探针满足原子力显微镜测头性能要求,音叉信号稳定,能识别10 nm的运动变化,为研制高性能音叉式原子力显微镜提供了实验技术基础。