激光泵浦的铯-氦磁力仪的信号特征

研究了基于激光泵浦的铯-氦磁力仪的磁共振信号特征。通过使用窄线宽激光对铯原子进行泵浦,得到了12.3 A/T的电流-磁场转换因子,与基于放电灯泵浦的铯-氦磁力仪相比,转化效率增大13.5倍。实验发现通过间接泵浦,可消除“光致展宽”。通过分析线宽的实验值和理论值,得到实验值线宽的最大展宽来自于脉冲激励的结论。通过测量光源、磁场、光电传感器和电路的本底噪声,确定了该磁力仪最大的噪声源为光源和磁场,以磁场分辨力为优化目标得到了最佳光强,铯-氦磁力仪的磁场分辨力可以达到0.05 nT。     

绝对重力仪落体光心与质心空间距离测量

为了准确测量重力仪落体光心与质心距离,减少落体光心与质心不重合引起的旋转对重力加速度测量的影响,设计了落体光心与质心空间距离测量装置。提出了1种光心与质心间距的计算方法,并仿真验证了计算方法的可行性。使用设计的测量装置对落体进行测试,结果表明:激光干涉仪在信号频率为0.3~0.5Hz时的测量精度为0.1nm,提出的计算方法可以使测量系统的A类不确定度优于10μm,最大调校测量误差为1μm。     

线面式电容传感器结构设计与传感特性研究

提出了一种基于自阻尼垂向测量参考的线面式电容传感器,对垂向运动中的残留水平位移进行精确测量。线面式电容传感器利用细丝电极作为直接垂向测量参考,消除了间接参考在其转换过程包含的系统误差;同时采用细丝末端的液体阻尼器保证细丝电极的稳定性。实验表明:在0.38~0.4pF范围内,线面式电容传感器的分辨力优于0.05μm,短期稳定性约为0.1μm。     

基于DSHI的窄线宽光纤激光器线宽测量

窄线宽光纤激光器的线宽作为相干光学系统的重要参数需要进行准确的测定,延时自外差法(DSHI)是测量窄线宽比较理想的方法.本文讨论了DSHI测量线宽的基本原理,根据DSHI的功率谱表达式,利用MATLAB程序对不同光纤延迟线长度条件下的DSHI功率谱进行了仿真,并分析和讨论了光纤延迟线长度对线宽测量结果的影响.建立了1550 nm波长的DSHI线宽测量系统,对IPG公司的光纤激光器线宽进行了测量.该系统用示波器代替频谱仪,并采用FFT软件算法对示波器获取的光电流信号进行分析,测得该激光器的线宽约为16 kHZ,在理想的精度范围内.     

用于扫描电子显微镜校准的10μm格栅样板

扫描电子显微镜是半导体领域用于关键尺寸测量的重要仪器。为了保证仪器量值的准确和一致,需要对扫描电子显微镜进行校准。首先,针对校准规范中提到的正交畸变和线性失真度参数,采用半导体工艺,研制了一种标称值为10μm的格栅样板。其次,为了准确评价格栅特征的一致性,研究了一种矩形检测算法。测量过程中,使用该算法对样板的格栅特征进行测量,并把使用原子力显微镜获取的测量数据作为参考值。实验结果显示:矩形检测算法能够快速检测出格栅特征,测试数据稳定在6nm以内。此外,研制的格栅样板一致性好,一致性参数控制在0.2以内,能够应用于扫描电子显微镜的校准。     

自扫描光电二极管阵列光电信号测量系统及其测试实例的研究

本文介绍了一种利用自扫描光电二极管阵列(SSPDA)图象传感器作为光电转换器件,可用于大面积显示器件图象质量评价和测微领域的测量系统。该系统由光学成象、SSPDA图象传感器、数据采集、接口电路和微型计算机等部分组成,能对各种被测量参数进行处理,并打印出数据和曲线。通过对彩色显象管(CPT)的线宽、三束间距以及光学狭缝等的测试,该系统显示了足够的测量精度。     

测量高斯光分布半宽度的光电共轭方法

测量光电信号与参考光电信号来自同一光电器件,形成一对共轭函数。调整参考光电信号 放大器的正电源电平,使之等于测量信号的峰值,此时两函数共轭交点之间的距离即对应于光束的半宽。测量过程中,被测光束能量的缓慢变化并不对结果造成影响,因此稳定性较好,实验重复精度至±2mm。     

3ω测试方法中电极宽度对热辐射影响

针对3ω导热系数测试方法中热辐射对测量结果的影响,利用有限元仿真手段,对线宽因素和热辐射效应关系进行了研究。结果显示,在仿真模型条件下,辐射热流量随电极线宽增大而增大,且曲线斜率以100μm为拐点有显著提升。分析表明：在100μm以上线宽范围,辐射强度对线宽尺寸较为敏感,减小线宽能够获得较明显的辐射抑制收益;在100μm范围,减小线宽对辐射的抑制作用相对弱化。研究结果能够为3ω电极设计提供参考,进一步提升方法测试准确性。     

三角波激励ECT测量电路

电容层析成像系统测量电路须有极高灵敏度及动态测量范围。提出一种采用三角波代替传统正弦波作为激励信号的方法,利用C/V转换电路的微分特性,使其输出为方波信号且幅值与被测电容值呈线性关系。瞬态仿真表明,电路的稳定时间缩短为0.65μs;此外,因其不需要相敏解调的环节,电容测量速率大幅提高,将其用于12电极ECT测量,可使测量速度提高到3124帧/s。实测结果表明,该电路的测量灵敏度峰峰值达0.8 V/pF,动态测量范围可达到69 dB。     

基于比值线性化的高适应性光栅细分方法研究

电子细分是光栅位移传感器实现纳米级分辨率测量的关键,细分误差由细分方法和光栅信号质量共同决定。针对信号实时修正方法在小步距测量和一些复杂工况环境下的局限性,从提高细分方法对非理想光栅信号的适应性的角度出发,提出了基于信号比值线性化的新型电子细分方法,构建了2种实时补偿信号以进一步提高信号的线性度;详细阐述了所提细分方法的细分原理,分析了其在非理想光栅信号输入情况下的细分误差;实现了最高为0.003μm的理论细分精度和0.08μm的实际细分精度。数值仿真和对比实验结果表明,所提细分方法对非理想光栅信号的适应性明显优于常用的反正切细分法和正余弦绝对值相减细分法。     

温度条件对大尺寸测量装置精度影响的研究

大尺寸测量装置由于测量范围大,其测量精度受诸多因素影响,其中大尺寸测量装置所处环境条件变化会影响其测量精度。基于中国计量科学研究院地下一层实验室80m长度标准装置,在空调控温状态和自然温度状态(不控温)下,进行了长度测量范围为10,30,70m的测量精度实验研究,得到空调控温状态下折射率补偿误差分别为7.0,10.5,21.0μm;自然温度状态下折射率补偿误差分别为2.5,2.9,3.9μm。实验结果表明:大尺寸测量装置在自然温度状态下能得到更高的测量精度,当测量范围大于30m时,测量精度可优于10^-7量级。     

1.5μm光纤通信波段乙炔稳频激光技术研究进展

1.5μm乙炔饱和吸收谱线是国际计量委员会(CIPM)正式推荐的光纤通信波段复现‘米’定义的频率参考标准。乙炔稳频激光依据稳频方法可分为线性吸收和饱和吸收两大类,饱和吸收相比线性吸收,能够消除乙炔分子的多普勒效应,获得线宽更窄、频率稳定度和复现性更高的稳频激光,1s频率稳定度能够达到10^-13量级,波长漂移为10^-12量级。利用13C2H2(ν1+ν3)P(16)谱线,研发的微型气室有望实现稳频激光的全光纤链路传播,为高度集成化、抗干扰能力强的稳频激光源提供了新的发展方向。高性能的1.5μm近红外稳频激光直接为密集波分复用系统、精密光纤传感等多个领域提供波长参考源,结合飞秒激光频率梳技术可进一步完善光纤通信中激光波长量值传递溯源体系,提升激近红外波段光波长的测量能力,为光纤波段的精密测量提供量值保障。     

基于多电容传感大型主轴圆度的精密测量

为解决大型轴类零件圆度形状的高精度在线测量问题,研究了一种基于多电容传感、非接触式圆度形状测量系统,可现场测量直径达800 mm的精密主轴。介绍了大直径精密回转工作台的主轴圆度形状测量方法,分析了多测头三点法的误差分离技术,详细阐述了精密电容传感器的测量原理和系统的结构及数据评价方法。与高精度的圆度形状测量仪比较的实验结果表明,该测量系统的示值误差优于0.1 μm,重复性优于0.05 μm,能够满足现场测量要求。     

X-Ray Lithography Mask Metrology: Use of Transmitted Electrons in an SEM for Linewidth Measurement

X-ray masks present a measurement object that is different from most other objects used in semiconductor processing because the support membrane is, by design, x-ray transparent. This characteristic can be used as an advantage in electron beam-based x-ray mask metrology since, depending upon the incident electron beam energies, substrate composition and substrate thickness, the membrane can also be essentially electron transparent. The areas of the mask where the absorber structures are located are essentially x-ray opaque, as well as electron opaque. This paper shows that excellent contrast and signal-to-noise levels can be obtained using the transmitted-electron signal for mask metrology rather than the more commonly collected secondary electron signal. Monte Carlo modeling of the transmitted electron signal was used to support this work in order to determine the optimum detector position and characteristics, as well as in determining the location of the edge in the image profile. The comparison between the data from the theoretically-modeled electron beam interaction and actual experimental data were shown to agree extremely well, particularly with regard to the wall slope characteristics of the structure. Therefore, the theory can be used to identify the location of the edge of the absorber line for linewidth measurement. This work provides one approach to improved x-ray mask linewidth metrology and a more precise edge location algorithm for measurement of feature sizes on x-ray masks in commercial instrumentation. This work also represents an initial step toward the first SEM-based accurate linewidth measurement standard from NIST, as well as providing a viable metrology for linewidth measurement instruments of x-ray masks for the lithography community.     

基于超声波A/D采样法的相位差位移测量方法

为了提高超声波位移测量分辨率,提出一种基于超声波A/D采样法的超声波相位差位移测量方法,利用超声波信号的相邻采样数据之差,消除了超声波信号中的直流成分对相位差位移测量的影响,再通过不同相邻采样数据之差的比值建立了相位差位移测量的数学模型,由此获得较高的相位差位移测量分辨率。该方法的采样电路简单,不需要高倍数超声波信号采样率,仅需在一个超声波信号周期里采样10几个数据,就可获得亚微米级的位移测量分辨率。实验结果验证了该方法的有效性。基于该方法研制的超声波位移测量平台,若超声波频率选用40 kHz,则位移测量分辨率可达1 μm。     

圆柱形声学共鸣腔特征长度的精密计量

声学共鸣腔特征长度是声学法测量玻尔兹曼常数的一个重要参数,其测量不确定度的量值直接影响着玻尔兹曼常数k的不确定度大小。介绍了研制的高精度圆柱形声学共鸣腔特征长度测量系统,阐述了其中的关键技术,实现了对测量结果进行环境参数的实时修正。测试数据表明,该测量系统对圆柱形声学共鸣腔特征长度的测量不确定度为0.60μm,3次测量标准差为0.20μm。     

自适应系统在单频激光干涉仪上的应用研究

通过对单频激光干涉仪焦平面上等倾干涉条纹的能量分析和环境因素带来的随机噪声分析,研制一种自适应系统。该系统采用了四阶累积量计算法、信号滤波和信号直流分量提取算法。实验结果表明,可有效处理噪声信号,提取信号直流分量,从而提高直流分量跟踪精度。将该系统安装在单频激光干涉仪上,在非实验室环境条件下其线性测长准确度可达0.9×10^-6 L,测量重复性为0.09 μm。     

基于线激光传感器的工件尺寸测量系统的误差补偿方法

提出了一种基于线激光传感器的工件尺寸测量系统的误差补偿方法,利用坐标系投影和图像处理技术进行误差补偿。设定传感器坐标系OM-XMYMZM和设备坐标系O-XYZ,分析坐标轴夹角φ、δ、γ对工件尺寸坐标值X、Y、Z的误差,建立了基于φ、δ、γ在XOY、YOZ、XOZ平面上的投影角α、β、θ的误差补偿模型。利用图像处理技术测得α、β、θ,计算经过误差补偿的工件尺寸坐标值X′、Y′、Z′。对尺寸100mm×100mm×10mm的长方体工件进行测量实验,分别测量了长度、宽度、圆心距、圆直径、圆线距、台阶高度。测量结果表明:经误差补偿后的工件尺寸测量误差在40μm以内,优于未补偿前的520μm;均方根误差低于40μm,优于未补偿前的580μm。其中,圆心距误差补偿效果最显著,测量误差减小了560μm;圆直径误差补偿效果最不明显,测量误差减小了10μm。