1 中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
2 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
3 上海在线检测与控制技术重点实验室，上海 201203
线边缘粗糙度（LER）和线宽粗糙度（LWR）是衡量线宽标准样片质量的重要指标。文中基于自溯源光栅标准物质的自溯源、高精密尺寸结构特性，提出了一种直接溯源型精确校准SEM放大倍率的方法，以实现SEM对线宽标准样片关键参数的测量与表征。利用校准后的SEM，对利用Si/SiO2多层膜沉积技术制备的线宽名义值为500、200、100 nm样片进行关键参数的测量，采用幅值量化参数的均方根粗糙度 RMS描述线边缘粗糙度与线宽粗糙度，并通过图像处理技术确定线边缘位置，对线宽边缘特性进行了精确表征。实验结果表明，名义值为500、200、100 nm对的线宽样片，其实测值分别为459.5、191.0、99.5 nm，$ {\sigma }_ {\rm{LER}} $分别为2.70、2.35、2.30 nm，$ {\sigma }_ {\rm{LWR}} $分别为3.90、3.30、2.80 nm，说明了多层膜线宽标准样片线边缘较为平整、线宽变化小、具有良好的均匀性与一致性。基于自溯源标准物质校准SEM的方法缩短了溯源链，提高了SEM的测量精度，实现了线宽及其边缘特性的精确表征，为高精度纳米尺度测量和微电子制造领域提供了计量支持。
自溯源标准物质 SEM放大倍率 线边缘粗糙度 线宽粗糙度 多层膜线宽 self-traceable reference material SEM magnification line edge roughness line width roughness multilayer film line width 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230475
1 华南理工大学电力学院, 广东 广州 510641
2 华南理工大学电力学院, 广东 广州 510641 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
针对高温条件下光谱高精度反演的需求, 对比分析了7种不同的光谱线型模型在光谱反演中的精度和稳定性, 并发展了适用于高温诊断的光谱线型选择策略。 首先测量了1 100~1 600 K温度范围的两条H2O吸收光谱, 采用七种不同的光谱线型模型分别进行分析, 获取了各测量光谱的积分吸光度, 速度依赖线宽和多普勒半高宽, 并根据双线比值法计算气体温度值。 对比分析表明, 在高温常压条件下, Gaussian线型拟合精度最差, 但通过Gaussian线型反演的气体温度精度最高; 光谱拟合过程中, 通过设置线型模型中的多普勒半高宽参数为已知量, 能有效提高光谱线参数的反演稳定性和精度, 也能有效提高各光谱线型温度反演精度。 与高阶非Voigt线型(Speed-dependent Voigt线型, Rautian线型, Speed-dependent Rautian线型和Hartman-Tran线型)对比, Voigt线型获取的积分吸光度和速度依赖线宽偏小, 计算的温度结果相对误差偏大。 最后, 对比了7种线型模型拟合程序的运行时间, 在保证精度的条件下, Speed-dependent Voigt线型拟合速度最快。 因此, 通过Gaussian线型获取气体温度, 然后根据温度计算多普勒半高宽参数并将其固定为已知量, 采用Speed-dependent Voigt线型拟合能有效提高高温光谱的反演精度, 速度和稳定性。
光谱线型 积分吸光度 速度平均线宽 多普勒半高半宽 温度 Spectral line-shape profile TDLAS TDLAS Integral absorbance Speed-averaged line-width Doppler HWHM (Half-width-at-half-maximum) Temperature 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2715
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部，上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
4 中国科学院上海光学精密机械研究所空间激光信息传输与探测技术重点实验室，上海 201800
报道了基于保偏光纤结构的窄线宽窄脉宽高重复频率光纤激光器。采用主振荡器功率放大器（MOPA），主放大级采用芯径为40 μm的光子晶体光纤（PCF），获得了重复频率为10 kHz、脉宽为1.34 ns、光谱宽度为0.05 nm、脉冲能量为298 μJ的稳定激光输出。通过腔外倍频的方式，使用长度为40 mm的温度匹配型三硼酸锂（LBO）晶体，获得了能量为155.5 μJ 的532 nm激光输出，倍频效率为52%，横向和纵向光束质量分别为=1.28和=1.26。该激光器可应用于基于单光子探测技术的空间激光探测雷达。
激光器 光纤激光器 窄线宽 脉冲激光 高峰值功率 自相位调制 中国激光
2023, 50(23): 2301010
成都天奥电子股份有限公司 技术研发中心， 成都 610037
对半导体激光器外腔自反馈注入锁定进行了理论分析，研究了片上微腔的自反馈注入锁定对于分布反馈(DFB)激光器输出线宽的影响，分析了决定锁定带宽及线宽压缩系数的关键参数。基于Q值为2.4×106的片上Si3N4微腔的后向瑞利散射实现了DFB激光器的自反馈注入锁定，将其输出线宽由自由运转时的556.71kHz压窄到了92.28kHz，锁定带宽达到425MHz。研究结果有助于理解半导体激光器自反馈注入锁定机理，并为实现窄线宽激光器提供了新的结构更简单、集成化潜力更高的方案。
窄线宽激光器 自反馈注入锁定 片上微腔 线宽压缩 narrow-linewidth laser self-feedback injection locking on-chip microcavity line width compression
光电振荡器是一种采用光电结合方式的新型微波频率源，其利用光学长时储能，可以实现极低相位噪声的信号输出。文章研究了光纤中散射噪声对光电振荡器相位噪声的影响，重点介绍了基于相位调制等效展宽激光线宽，抑制布里渊散射噪声架构，通过理论公式推导以及实验验证，表明了上述架构可极大改善光电振荡器的相位噪声。实验中采用调制频率为50MHz、调制幅度为3.1的相位调制信号对激光线宽进行等效展宽，得到在10GHz频率下为-157.3dBc/Hz@10kHz的极低相位噪声信号输出。
相位调制 激光线宽 极低相噪 光电振荡器 phase modulation laser line-width ultra-low phase noise optoelectronic oscillator
1 河北半导体研究所，河北 石家庄 050051
2 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
3 南京理工大学 电子工程与光电子技术学院，江苏 南京 210094
硅基MEMS器件中存在大量高深宽比结构，对这些结构进行线宽和深度的无损检测，是当前的热点问题。为了实现对这些高深宽比结构无损测量系统的准确校准，采用半导体工艺研制了一系列高深宽比沟槽标准样板，宽度范围2~30 μm、深度范围10~300 μm，其深宽比最大达到30∶1。为了满足样板的校准功能，设计了多种特征结构，包括辅助定值结构、测量定位结构和定位角结构等，还设计了样板量值的表征与考核方法。考核量值包括线宽尺寸、沟槽深度尺寸和均匀性。使用扫描电镜对标准样板进行了测试，结果表明该标准样板可以用于校准近红外宽光谱干涉显微测量系统。
高深宽比 线宽 沟槽深度 复合型标准样板 high-aspect-ratio line width trench depth trench standard template 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220646
1 北京交通大学 电子信息工程学院，北京00044
2 河北大学 物理科学与技术学院 光信息技术创新中心，河北保定07100
提出了一种基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪和相位信号解调的激光器线宽测量系统，基于相位信号解调的微分交叉相乘算法，可对所采信号进行高速实时处理，快速给出待测激光器的频率噪声信息和线宽值。该系统光路结构简单，无须主动控制，测量结果重复性高。考虑采样信号是否同时包含源信号的最大值和最小值这一重要问题，在仿真和实验两种情况下着重讨论了对源信号进行采样窗口为0.5，0.4，0.1，0.05和0.01 s的采样对所测试激光器频率噪声功率谱密度的影响。仿真和实验均表明，使用采样窗口为0.1，0.05和0.01 s未同时包含源信号的最大值和最小值的采样信号计算获得的激光频率噪声功率谱密度幅值偏高。进一步使用β-分割线法对1.5 μm波段商用激光器和实验室自制的2 μm波段激光器进行线宽测量验证，结果表明，使用同时包含源信号最大值和最小值的采样信号处理得到1.5 μm波段商用激光器的线宽值在测量时间为2 ms时为5 kHz，同时本结论可拓展至全波段适用。
单频窄线宽激光器 线宽测量 频率噪声 相位信号解调 single-frequency narrow linewidth laser line width measurement frequency noise phase signal demodulation 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220206
1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
3 南昌航空大学无损检测与光电传感技术与应用国家工程实验室，江西 南昌 330063
为实现海水温度和盐度的同步测量，理论和实验研究了受激布里渊散射（SBS）频移和线宽相结合的数据反演方法。理论上根据经验公式，拟合了SBS频移、线宽随温度、盐度的变化关系。实验上测量了不同温度、盐度下海水的SBS频移和线宽，并利用理论反演模型反演分析了海水的温度和盐度。研究结果表明，利用频移和线宽相结合的方法可实现海水温度和盐度的同步反演，温度反演误差的最小值为0.04 ℃、最大值为0.41 ℃，盐度反演误差的最小值为0.09‰、最大值为0.65‰。
散射 受激布里渊散射 频移 线宽 温度 盐度 光学学报
2022, 42(24): 2429001
1 北京航天微电科技有限公司，北京 100854
2 北京无线电测量研究所，北京 100854
声表面波(SAW)器件光刻过程中，制作的光刻胶线条宽度与掩模版不一致，特别是不同宽度的非均匀线条光刻后线宽变化值存在偏差。该文研究了接近式曝光衍射效应对线宽的影响，分析了掩模版上线条和缝隙宽度、衍射光强、掩模版与光刻胶间距等参数间的关系。结果表明，通过建立光学模型给出了计算曝光后不同线条宽度变化值的方法，采用程序编程可对掩模版数据中不同尺寸的线条和缝隙宽度进行补偿，实现SAW器件非均匀线条宽度的精确控制。
声表面波(SAW)器件 光刻 衍射效应 线宽 surface acoustic wave(SAW) devices photolithography diffraction effect line width
