论纳米光栅测量技术

作者及其同事们经过20多年努力将计量光栅技术提高到了纳米量级和亚纳米量级，并进行了大面积推广应用，形成了一整套纳米光栅测量技术，该文为对这套技术的综合论述．首先回顾了刻线技术的发展历史，指出中国古代曾作出杰出贡献．归纳了发展计量光栅技术的5个阶段和4项内容．给出纳米光栅的定义和两个特点，并通过作者和同事们的光栅制造过程说明，纳米光栅实质上是一种刻录、固化到光栅基体上的光波波长．它为纳米测量领域提供了一种新途径、新方法，与激光干涉仪等现有纳米测量方法相比，具有自己独特的优点．文中讨论了纳米光栅的读取技术与信号处理技术，提出了纳米光栅细分误差的错位测量法．还讨论了与纳米光栅相关的纳米机械，介绍了作者和同事们的科研成果，圆柱、导轨等的机械精度已经进入了纳米量级．最后讨论了纳米光栅与激光干涉仪以及高等级量块的比对结果．     

光栅纳米测量技术及应用

本文简要介绍了光栅纳米测量技术的主要研究内容，着重阐述了其应用实例－一种光栅纳米测微仪的原理结构和实现方法。从系统的重复性、分辨力和准确度三方面入手，深入地研究和探索解决光栅纳米测量过程中的各种关键技术问题的方法和途径，能够有效地将光栅测量的分辨力和准确度从亚微米量级提高到纳米量级。     

光栅纳米测量中的系统误差修正技术研究

详细研究了光栅纳米测量系统的误差特性 ,以及利用激光干涉仪对高精度光栅测量系统的系统误差进行检测、并在信号处理中予以补偿和修正的方法。实验表明 ,通过这种系统误差修正方法对周期累计误差和细分误差同时进行修正 ,能够大幅度地将计量光栅系统的测量准确度从微米或亚微米量级提高到纳米级水平 ,以实现光栅纳米测量。     

圆光栅单常角检测的富里叶分析

光栅盘作为计量元件,广泛应用于科研生产的许多部门。由于工艺技术的进步和许多新技术的应用,其制造精度越来越高,因而对其检测技术的要求也越来越高。光栅盘各刻线的实际位置与理论位置之间的角差称为刻线误差。在很多仪器中,为了消除光栅盘安装偏心的影响,都采用对径提取信号的方法,因此对光栅盘的要求就不再是刻线误差而是直径误差。在光电检验仪上检测直径误差主要有两种方法:比较法(绝对法)和常角法。比较法就     

提高光栅测量精度和分辨率的技术研究与实现

随着人工神经网络和数字处理技术的发展,从另一角度研究了一种不必增加光栅刻线,仅采用普通刻线的光栅(50刻线 mm),即可实现高精度、高分辨率的光栅测量技术,并用该技术设计了一个测量系统。系统以高速数字信号处理器(DSP)为核心硬件,用单输入单输出模糊小脑神经网络(SISOFCMAC)拟合出光栅信号,再利用FCMAC的泛化能力,实现对光栅信号的连续数字细分,提高光栅测量精度与分辨率。     

纳米计量标准的发展现状与趋势

纳米计量技术能够为超精密加工技术提供纳米级位移和三维形貌,在纳米技术中扮演着重要角色.纳米计量标准包括台阶、膜厚、光栅及线宽等,用来校准现场条件下的纳米测量仪器.为了解纳米计量标准的发展现状与趋势,分析了台阶、膜厚、光栅以及线宽等纳米计量标准的国内外现状、国际比对情况和发展趋势,对实现解决测量仪器的溯源性,建立国际单位制下的纳米计量体系做出了相应工作.随着一个技术节点到下一个技术节点,为保证测量仪器的准确度,需要开展更小尺寸下纳米计量标准和测量方法的研究.     

光纤光栅传感器实用化的关键性技术研究

光纤光栅是一种新型的无源光子器件，可用来精确感测纳米量级的微小应变和温度等多种物理量，在光传感领域发挥着重要作用，简要说明了光纤光栅传感器的基本原理，详细介绍了笔者近年来在信号解调、传感头的封装和光纤光栅的复用等关键技术研究上的进展，讨论了光纤光栅传感器在进一步实用化和商品化过程中需要解决的技术问题，并对其应用前景做了展望。     

纳米光栅栅距的精确测量与nano4国际比对

对Littrow衍射方法测量纳米光栅的基本原理、构造及其安装误差进行了分析研究,并利用所建立的测量装置参加了国际计量技术委员会长度咨询委员会组织的一维纳米光栅国际比对.比对结果证明了该测量系统具有优良的计量性能,能够用于纳米光栅栅距的检定校准.     

用空间拟合函数实现线间距离的检测

介绍用线阵ＣＣＤ作刻线边缘的传感器,以光栅作为计量基准,用空间拟合函数作为计算方法,检测刻线线宽。     

浅述计量光栅技术

利用光栅的莫尔条纹原理,把计量光栅作为精密计量元件,广泛应用于仪器仪表及机床等方面,有利于实现测量的自动化、数字化以及动态测量,并有利于提高测量精度。本文主要从莫尔条纹原理、计量光栅系统设计、光栅细分技术等方面对计量光栅测量技术及其特点进行介绍。随着现代电子技术的发展,计量光栅技术被应用于更多更广泛的领域,并向着纳米级精度突破。     

毫米级纳米几何特征尺寸计量标准装置多自由度激光干涉计量系统

准确的纳米几何结构测量是提高集成电路、微纳机电系统和微纳技术产品的质量和性能的关键技术支撑,为了得到准确一致的测量结果,必须实现纳米尺度的量值溯源并建立量值的传递体系。为满足纳米几何结构计量从纳米尺度到毫米尺度的跨尺度计量需求,实验室研制了毫米级纳米几何特征尺寸计量标准装置,集成于该装置中的多自由度激光干涉计量系统,实现了测量结果向米定义SI单位的直接溯源。实验结果表明该系统能够在毫米级的测量范围内,实现纳米级的测量准确度,分辨力达到了亚纳米量级。     

零位光栅刻线序列的计算机模拟设计

在使用光栅进行长度和角度测量的应用中提供可靠的参考基准是非常重要的，根据零位脉冲产生的基本理论，并结合实际应用中的一些客观要求，采用计算机模拟，寻找最佳零位刻线序列，达到了预期目的，在此基础上进行了对称式零位刻线序列的设计。     

3001型万能齿轮测量机“跑盘”的调修

3001型万能齿轮测量机圆光栅栅线的刻划中心与主轴不同心,即“跑盘”,是该机调修的主要项目。本文谈一点笔者在实际调修工作中的体会,供参考。调修“跑盘”时,可分两个步骤进行。1、用小型显微镜进行粗调将小型显微镜对准光栅盘光栅刻线外圆,光栅盘下面置一6V15W 的小灯泡。这时,在光栅盘上找出对径 A、B、C、D 四点位置。如图1所示。旋转光栅盘,观察光栅盘四点光栅刻线位置是否一致。如果不一致,直接用木棒敲打光栅盘。当这四点光栅刻线位置一致     

理想环形莫尔条纹的获取

本文讨论了理想环形莫尔条纹获取的必要条件，推导出形成环形莫尔条纹的圆光栅刻线偏心量的理论计算公式，并提出了一种圆光栅刻划偏心量的快速调试方法。     

一种新的钢卷尺检定方法

介绍一种采用“滚动光栅”作为长度标准,通过显微镜瞄准刻线,直接对被检钢卷尺刻线间隔进行检定的装置和新方法,并简要地进行了误差分析。     

纳米计量学与纳米计量测试技术（一）

从纳米计量与测试的总体概念出发，参考Ｔｅｇｕｅ等人的文章，综合国内外在这个领域的研究情况，并引用我们的科研成果，对纳米计量学与纳米计量测试技术发展现状及前景进行了讨论，讨论的问题包括：如何实现纳米尺度计量；建立纳米参考坐标系；产生纳米精度重复运动；纳米精度传感器与纳米会标参考系建立联系；各种纳米精度测量技术的不确定性限制等。     

非同步采样法的光栅纳米测量

光栅计量技术向纳米测量发展需要更高的光栅细分倍数.基于所研制的快速互补函数细分算法,细分精度即仅取决于测量启停时刻的光栅信号采样精度,选用市场上货源丰富的、低成本的扫描式多通道模数转换卡,即可实现光栅纳米测量所需的高倍数细分.在测量的启停时刻对光栅信号进行精确测量,在测量过程中对光栅信号进行快速跟踪测量.实验表明,当采用15位200 kHz的A/D转换卡对20 μm栅距的光栅信号进行非同步采样时,可以得到小于1 nm的测量分辨率及大于120 mm/s的测量速度.     

我国纳米计量打破依赖国外样板

<正>据媒体介绍报道,由中国计量科学研究院、同济大学和国防科技大学联合组成的研究小组,经过3年的科技攻关,在国内首次成功研制出一维铬原子沉积纳米光栅样板,并于通过国家质检总局科技司组织的验收鉴定。其技术指标达到国际先进水平,突破了我国纳米技术产业发展的技术瓶颈。     

应用光栅刻线与CCD测量运动位移的研究

将计量光栅作为标准刻线,应用到对微细物体高精度定位的工作台上,并提出了一种新的直接获取运动位移的方法.调整光路使CCD获取清晰的光栅图像;对图像进行分析处理,计算出栅距与像素之间的映射关系:再对工作台移动前后的光栅图像进行对比,采用基于X-Y图的相位差比率算法获取像素位置差;从而计算出工作台的实际运行位移.实验结果表明,该方法能简单快速地实现微电子加工领域亚像素级的测量.     

“冷原子纳米尺度计量基准关键技术研究”课题通过验收

本刊讯由中国计量科学研究院、同济大学和国防科技大学联合组成的研究小组,经过3年的科技攻关．在国内首次成功研制出-维纳米尺度光栅标准样板。11月2日,该课题通过了国家质检总局科技司组织的验收鉴定。