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基于单路利特罗型光栅干涉仪的超精密位移测量技术研究

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计量科学与技术 2024年第2期68卷 40-45,75页

作者：朱宏宇吴益泽冯婧桐林子超禹静薛栋柏邓晓程鑫彬同济大学精密光学工程技术研究所上海200092 同济大学先进微结构材料教育部重点实验室上海200092 同济大学上海市数字光学前沿科学研究基地上海200092 同济大学上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台上海200092 同济大学物理科学与工程学院上海200092 中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

基于光栅干涉仪的超精密位移测量技术是先进制造领域的关键共性技术,采用更高刻线密度的光栅是提升光栅干涉仪测量精度与分辨率的有效途径。随着电子束制备光栅技术的提升,采用电子束加工高刻线密度光栅(大于3000线/mm)作为测量基准是... 详细信息

基于光栅干涉仪的超精密位移测量技术是先进制造领域的关键共性技术,采用更高刻线密度的光栅是提升光栅干涉仪测量精度与分辨率的有效途径。随着电子束制备光栅技术的提升,采用电子束加工高刻线密度光栅(大于3000线/mm)作为测量基准是优化干涉仪性能的有效途径。利用3333线/mm的高刻线密度电子束直写光栅,采用单路利特罗光栅干涉构型,搭建了原始信号周期为300nm的光栅干涉仪,验证了其在位移测量方面的准确性与稳定性。单路利特罗光栅干涉仪与激光干涉仪比对装置为后续光栅间距标定提供了新的可能性,是电子束直写型高刻线密度光栅在精密位移测量领域的有益探索。

关键词：计量学精密位移测量光栅干涉仪电子束直写光栅激光干涉仪利特罗衍射

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双三角形相位光栅X射线干涉仪的条纹可见度

物理学报 2023年第14期72卷 305-315页

作者：陈子涵宋梦齐陈恒王志立合肥工业大学物理学院合肥230009

X射线光栅干涉仪成像需要高条纹可见度以获得高信噪比图像.最近的报道证实,X射线双矩形相位光栅干涉仪实验测量的条纹可见度较低.为此,提出了基于双三角形相位光栅X射线干涉仪的条纹可见度研究.利用X射线双相位光栅干涉仪的强度变化规律... 详细信息

X射线光栅干涉仪成像需要高条纹可见度以获得高信噪比图像.最近的报道证实,X射线双矩形相位光栅干涉仪实验测量的条纹可见度较低.为此,提出了基于双三角形相位光栅X射线干涉仪的条纹可见度研究.利用X射线双相位光栅干涉仪的强度变化规律,对比研究了单色照明和不同多色照明下,双三角形相位光栅X射线干涉仪与双矩形相位光栅干涉仪的条纹可见度随光栅间距的变化规律.结果表明:无论是单色照明还是多色照明,双三角形相位光栅X射线干涉仪的条纹可见度的峰值随相移量的增加而增大.当相移量为5π/2时,双三角形相位光栅X射线干涉仪的条纹可见度在单色照明下比双矩形相位光栅干涉仪的条纹可见度提高约21%,在多色照明下提高至少23%.而在多色照明下,随着X射线平均能量偏离光栅设计能量的增加或光源焦点尺寸的增加,双相位光栅干涉仪条纹可见度的峰值均会单调下降.这些结果可作为X射线双相位光栅干涉仪的参数设计和性能优化的理论指导.

关键词： X射线成像光栅干涉仪三角形相位光栅条纹可见度

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光栅干涉仪位移测量系统的非线性误差研究

光栅干涉仪位移测量系统的非线性误差研究

作者：王鹏桂林电子科技大学

学位级别：硕士

超精密测量与定位是精密制造、半导体生产和纳米科学技术的基石。由于光栅干涉仪位移测量系统具有周期非线性误差,因此有必要进行周期非线性误差分析与建模,为减小和补偿光栅干涉仪的周期非线性误差提供理论依据。本文首先分析了光栅干... 详细信息

超精密测量与定位是精密制造、半导体生产和纳米科学技术的基石。由于光栅干涉仪位移测量系统具有周期非线性误差,因此有必要进行周期非线性误差分析与建模,为减小和补偿光栅干涉仪的周期非线性误差提供理论依据。本文首先分析了光栅干涉仪位移测量系统中引起周期非线性误差的误差源,建立了周期非线性误差综合模型,并分析了各种误差源对光栅干涉仪的周期非线性误差的影响,研究了减小周期非线性误差的方法,有助于光栅干涉仪位移测量系统进一步向亚纳米精度发展。本文的主要研究内容如下:1.针对四倍程光栅干涉仪光路结构,利用衍射干涉原理对光栅进行了周期非线性误差影响机理的分析,并建立了光栅存在误差源的周期非线性误差模型。光栅二次衍射的衍射效率、两偏振光的衍射效率不等、光栅栅线方向与偏振分光镜分光轴的角度偏转均会影响周期非线性误差。2.针对光栅干涉仪周期非线性误差综合模型的问题,建立了包含6种误差源的周期非线性误差综合模型,并利用该模型对光路中各器件存在误差与周期非线性误差之间的关系进行了分析和仿真。研究结果表明,对光栅干涉仪周期非线性误差影响较大的因素有:激光束偏振非正交、偏振分光镜的消光差异和光栅二次衍射的衍射效率会影响周期非线性误差幅值;偏振非正交角度的正负、偏振椭圆化的椭圆比会对周期非线性误差初始相位有影响;在考虑实际安装误差与各光学元件性能情况下,测量系统的周期非线性误差会达到2.32nm。3.针对光栅干涉仪的周期非线性误差测量,设计了一种基于双相位测量法的光栅干涉仪光路;通过正交解调测量法和频谱分析测量法对现有的四倍程光栅干涉仪进行测量实验,测得的周期非线性误差分别约为8.00nm和7.44nm。

关键词：外差干涉测量技术光学混叠周期非线性误差光栅干涉仪

基于光栅干涉仪的暗场成像的Cramér-Rao下界

同方学位论文库评论

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中国医学物理学杂志 2023年第9期40卷 1105-1113页

作者：刘波陈子涵顾瑶陈恒王志立合肥工业大学物理学院光学工程系安徽合肥230009

在光栅相衬成像中,通常使用相位步进法进行数据采集和信息提取。然而,对于相位步进法在提取暗场信号的算法效率还没有得到充分的评估。本研究引入Cramér-Rao下界对提取暗场信号的算法效率进行评估。基于理论分析和数值计算发现目前完... 详细信息

在光栅相衬成像中,通常使用相位步进法进行数据采集和信息提取。然而,对于相位步进法在提取暗场信号的算法效率还没有得到充分的评估。本研究引入Cramér-Rao下界对提取暗场信号的算法效率进行评估。基于理论分析和数值计算发现目前完全有效的算法仅适用于三步相位步进法,其他更多步数的相位步进法都是次优的。本研究以Cramér-Rao下界作为依据,定量地分析了相位步进数和可见度对算法效率的影响。结果表明在低可见度的情况下,相位步进法可以接近理论的最佳效率;在高可见度的情况下,当相位步进数大于5时,算法效率仅为77.4%,这可为基于X射线和中子光栅干涉仪的暗场成像的信噪比优化提高、剂量优化提供指导。

关键词：暗场成像光栅干涉仪 Cramér-Rao下界可见度

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基于利特罗角的8细分光栅干涉仪读头设计

激光杂志 2022年第5期43卷 38-42页

作者：康森熊显名王鹏杜浩桂林电子科技大学电子工程与自动化学院广西光电信息处理重点实验室广西桂林541004

提出了一种外差式利特罗结构的高光学细分读头设计方案,该读头设计实现了8倍光学细分,从而提高了测量系统的分辨力,实现精密测量。基于光栅衍射原理和多普勒频移分析了该读头的测量原理,构建光栅干涉仪读头的测量模型。使用ZEMAX仿真软... 详细信息

提出了一种外差式利特罗结构的高光学细分读头设计方案,该读头设计实现了8倍光学细分,从而提高了测量系统的分辨力,实现精密测量。基于光栅衍射原理和多普勒频移分析了该读头的测量原理,构建光栅干涉仪读头的测量模型。使用ZEMAX仿真软件搭建读头光路并进行仿真分析,获得相干相位图样,从而验证了该读头结构的可行性。通过MATLAB与ZEMAX进行动态数据交换,实现该读头测量的信号对比度仿真,测量信号的对比度为0.426。

关键词：光栅干涉仪读头结构设计多普勒频移 ZEMAX仿真

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基于光栅干涉仪的纳米位移台校准方法研究

计量科学与技术 2023年第6期67卷 37-43页

作者：刘丽琴管钰晴邹文哲郭创为张玉杰徐瑞书傅云霞雷李华上海市计量测试技术研究院上海201203 上海市在线检测与控制技术重点实验室上海201203

随着集成电路制造关键尺寸向着5 nm的节点迈进,我国集成电路检测设备产业化的呼声剧增,纳米位移台作为集成电路制造、超精密加工、精密科学仪器制造等领域检测设备的关键器件,研究人员对其重复定位精度、线性度的要求越来越高。光栅干... 详细信息

随着集成电路制造关键尺寸向着5 nm的节点迈进,我国集成电路检测设备产业化的呼声剧增,纳米位移台作为集成电路制造、超精密加工、精密科学仪器制造等领域检测设备的关键器件,研究人员对其重复定位精度、线性度的要求越来越高。光栅干涉仪以光栅作为标准物质溯源到长度基准,因其对环境因素的变化不敏感、抗干扰能力强、稳定性高的优点,成为微纳检测设备产业化的新方向。采用基于标准物质的光栅干涉仪,针对纳米位移台的重复定位精度、线性度分别设计了不同的校准方案,并通过实验验证方案的可行性,最后对该校准方法的测量不确定度和溯源性进行了分析,可以看出设计的校准方案测量稳定、溯源链短。

关键词：计量学光栅干涉仪标准光栅位移校准纳米位移台

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光栅干涉仪在高精密测量中的技术和应用

工具技术 1994年第1期28卷 37-42页

作者：周维来

@在车间条件下操作时近几年市场上出现的光栅干涉仪在测量精度方面常优于He-Ne激光干涉仪.它有一些特别的优点如在变化的环境空气条件下好的稳定性及通过尺体材料的选择对各应用状况的热膨涨系数的匹配能力导致这些系统在高精密测量... 详细信息

@在车间条件下操作时近几年市场上出现的光栅干涉仪在测量精度方面常优于He-Ne激光干涉仪.它有一些特别的优点如在变化的环境空气条件下好的稳定性及通过尺体材料的选择对各应用状况的热膨涨系数的匹配能力导致这些系统在高精密测量中用途的增加.本文阐述了光栅干涉仪的工作原理和特点以及在这一技术基础上已经实现的一些测量系统.

关键词：光栅干涉仪位置测量精度

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光栅干涉仪的运动误差原理

光学机械 1990年第5期 46-50页

作者：郝德阜

本文应用衍射光栅干涉仪的半波相位差面原理模型,说明光栅摆动误差引起的干涉条纹变化情况,进而分析得出光栅干涉仪运动误差公式。可作为设计和应用此种干涉仪的依据之一。

关键词：光栅干涉仪运动误差原理干涉仪

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高精度控制光电光栅刻划机的光栅外差干涉仪

激光技术 2008年第5期32卷 474-476,526页

作者：王芳齐向东中国科学院长春光学机密机械与物理研究所长春130033 中国科学院研究生院北京100039

为提高光电式光栅刻划机的控制精度,设计了一种自准直式激光光栅外差干涉仪的新型测量系统。以光栅衍射和偏振光学为理论基础,结合电子学的相关知识对系统进行了理论分析,设计了基准光栅,并进行了大量的实验研究。由实验研究可知,这种... 详细信息

为提高光电式光栅刻划机的控制精度,设计了一种自准直式激光光栅外差干涉仪的新型测量系统。以光栅衍射和偏振光学为理论基础,结合电子学的相关知识对系统进行了理论分析,设计了基准光栅,并进行了大量的实验研究。由实验研究可知,这种利用光栅的自准直衍射和以光栅栅距作为计量基准的干涉测量系统,具有受环境因素的影响低,结构简单、装调方便等优点;采用双频激光得到的测量信号增益大,信噪比高;该系统用于光栅刻划,得到的栅线间距刻划偏差优于10nm,在3mm行程内累积误差约为0.3μm。结果表明,该系统具有纳米级分辨力,用于实时测量控制系统,测量误差很小,完全达到了中阶梯光栅等特种光栅对刻划机的高精度分度要求。

关键词：测量与计量光栅干涉仪位移测量自准直衍射刻划机双频激光