精密定位测量旨在针对微动目标实现微纳米精度的定位与小尺度操纵，其作为一种重要的测量技术，在工业生产、半导体制造等高端装备领域得到广泛应用。与其他测量方法不同，光学显微视觉测量技术因具备交互性强、扩展性强的特征而广泛应用于精密测量中。对基于光学显微视觉的精密定位测量技术进行分析与综述。首先，介绍光学显微视觉系统的成像模型与工作原理。其次，根据是否基于标靶图案的特征，对显微定位测量算法进行分类；同时，根据标靶图案的周期特征进行进一步的分类与探究，讨论其在不同标靶图案下的性能指标。最后，总结光学显微视觉定位测量方法在不同领域的应用与前景。该综述旨在为研究人员提供关于光学显微视觉精密定位测量技术的发展状态与趋势，促进微纳尺度定位测量技术的发展。

基于传统粒子追踪测速(PTV)技术的粒径分析方法只能通过几何成像检测粒径,无法对衍射成像尺寸远远大于几何成像尺寸的粒子图像进行分析。根据衍射成像原理,通过对激光-粒子散射光-CCD信号-图像灰度值物理流程的定量分析,提出确定微纳米级示踪粒子图像灰度值与粒径之间量化关系的模型,弥补了PTV技术在粒径检测方面的不足。基于PTV实验系统,应用数字相机和Micro Vec V3软件完成SiO2粒子图像的拍摄,运用所提模型对拍摄的粒子图像进行粒径分析。实验结果表明,所提方法具有较高的准确性。

本文利用严格数值仿真研究了550~700 nm波段的可见光通过金属光栅耦合方式激发的表面等离激元(SPP)波在金属表面的光栅衍射行为与现象。研究结果表明: SPP波在金属表面的衍射行为与自由空间光相比有极大不同, 由于SPP波的近场属性, 经金属光栅衍射后在近场可表现出明显的光栅分光现象, 但经过一段传输距离后则分光现象消失而表现为不同级次的光合为同一束光; 在近场衍射情况下, 其情况与自由空间光衍射行为类似, 对SPP亚波长金属光栅来说同样只有零级透射光; 而当金属光栅周期大于SPP波长时, 高级衍射级次则开始出现。研究结果对下一步在金属表面上实现微米级片光谱仪器具有重要借鉴意义。

纳米级金属薄膜能够作为热释电探测器红外吸收薄膜在14~16 μm波段范围内有效应用已经得到证明.通过调节沉积在LT(钽酸锂)晶体材料上的纳米级镍铬(NiCr)薄膜的厚度和表面特征来改善纳米金属薄膜红外吸收特性.通过调节晶体材料的厚度, 改变抗反射腔的深度, 从而调节吸收波长.为进一步加强红外吸收, 应用化学腐蚀, 生成粗糙的纳米级薄膜表面结构, 从而极大程度上增加吸收表面积.通过将这两种方法结合, 可以明显增强指定波段的红外吸收, 且其制造过程完全兼容, 易于实现.可控的吸收性能的实验结果与仿真和设计情况相符合.

提出一种基于正交偏振双纵模的氦氖激光器纳米测尺系统, 将双折射元件插入He-Ne激光器谐振腔内产生频率分裂效应, 使激光器变成了频差可调的双频激光器。运用频率分裂、模竞争、双纵模功率调谐等激光物理效应和设定浮动阈值, 研制了新型的激光器纳米测尺。以激光波长为尺子, 具有可溯源性, 在没有任何电细分的条件下达到了纳米量级的分辨率, 与激光干涉仪的比对实验表明, 该系统的分辨率为79 nm, 量程为15 mm, 线性度为5.4×10-5, 标准差为380 nm。

介绍互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路的发展历程及纳米级 CMOS集成电路的关键技术, 在此基础上研究了纳米级 CMOS集成电路的辐射效应及辐射加固现状。研究结果表明, 纳米级 FDSOICMOS集成电路无需特殊的加固措施, 却比相同技术代的体硅 CMOS集成电路有好得多的辐射加固能力, 特别适用于空间应用环境。

由于利用快速傅里叶变换(FFT)法定量测量标准样板的平均节距时会因为频谱分辨率Δf有限而在数据分析过程中丢失信息, 故本文对常用的FFT法进行了改进。首先在FFT的频谱中得到最大振幅值对应的频率分量fmax, 使用二分法缩小fmax附近的频率范围;然后利用连续傅里叶变换法寻找更大的振幅值与更精确的f′max以求得更接近真实值的线节距。为了验证该方法的可行性, 利用Matlab软件仿真被测标准样板(TGD1)的轮廓图, 比较了FFT与改进后的FFT对不同扫描长度下数据的评估结果, 并展示了改进FFT法评估时部分数据的运算过程。同时, 通过计量型原子力显微镜实测20 μm×2 μm内的TGD1形貌。两种评估法下的数据比对结果显示: 改进FFT评估后的线节距为(277.84±039) nm, 符合标称值(278±1) nm, 验证了改进后FFT方法对线节距求解的准确性与合理性。

为实现对工件表面微观形貌测量系统要求远距离传输、实时在线及非接触测量，同时达到高精度、高分辨力、高信噪比测量，提出基于声光调制的光纤外差法轮廓检测技术，采用外差法可有效抑制随机噪声，提高信噪比，通过原理分析建立数学模型; 系统设计画出工件表面粗糙度测量框图; 实验测量得出被测工件表面粗糙度，分辨力达到1 nm; 讨论了不确定度来源及控制方法，测量精度为1‰。实验结果表明: 外差法、声光调制及光纤测试技术可有效降低噪声、提高分辨力和测量精度。

将薄膜和基底作为一个基本结构来研究薄膜的变形和损坏可预测纳米薄膜器件的使用寿命。本文讨论和研究了薄膜基底结构在拉伸载荷下薄膜出现的分叉和断裂的过程。用在相同厚度的PET基底上沉积不同厚度铝膜的薄膜基底结构作为试件，分别对薄膜厚度为100，150和200 nm的3种不同试件进行了拉伸加载实验，并在OLYMPUS显微镜下观察了薄膜表面的变化情况。分析和对比结果表明：随着薄膜厚度的增加，薄膜出现分叉现象的失效应变也随着增大；当薄膜表面出现裂纹时，裂纹密度的大小取决于薄膜的厚度和加载应变的大小。