哈尔滨工业大学 超精密光电仪器工程研究所, 黑龙江 哈尔滨 150080
光学显微三维测量耦合效应是指沟槽或台阶样品高度测量准确性受横向周期影响产生原理误差的现象。采用卷积不相关原则和有限能量损失原则, 分别建立了薄样品和深沟槽样品光学显微三维测量的解耦合模型, 揭示了被测样品特征参数与光学仪器表征能力之间的关联关系。与现有W/3准则相比, 光学显微三维测量解耦合准则能够客观反映光学仪器表征能力受样品结构差异变化的影响, 指示高度测量解耦合评定的示值区域, 预见高度测量原理误差产生, 为沟槽或台阶样品三维结构表征提供了一种新的计量评定准则。
解耦合准则 光学显微测量 薄样品测量 深沟槽测量 台阶高度 decoupling criterion optical microscopic measurement thin sample measurement deep groove measurement step height 红外与激光工程
2017, 46(3): 0302001
提出一种基于波数分辨的低相干干涉台阶高度测量系统。由宽带光源发出的光通过光纤迈克耳孙干涉仪获取被测量信息，色散光栅将宽谱干涉光束色散成波长在空间连续分布的光片，由线阵CCD 探测。将线阵CCD 的各个像元探测到的各个波长干涉信号转换成对应的波数干涉信号。对于波数干涉信号，相邻两个干涉信号峰值之间的波数变化量与干涉仪光程差的绝对值呈正比。因此，利用此测量系统可实现对台阶高度等物理量的绝对测量。利用缩短测量系统中光纤迈克耳孙干涉仪的两个干涉臂的长度减小环境干扰对测量系统的影响，获得高测量精度。本测量系统的测量分辨率为6.03 nm。对一个高度为50 μm 的台阶重复10次测量，测量结果的标准差为6.8 nm。
测量 低相干干涉测量 波数分辨 台阶高度测量 光学色散 光学学报
2015, 35(11): 1112006
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
利用集成聚焦式测头的纳米测量机实现了高精度的台阶高度标准评价,该系统的测量范围可以达到25 mm×25 mm×5 mm。描述了纳米测量机的工作原理,通过内嵌激光干涉仪和角度传感器的实时测量与反馈,实现高精度定位与扫描。聚焦式测头只作为零点传感器,与3个激光轴交于一点,避免了阿贝误差影响。通过将聚焦式测头的输出信号引入到纳米测量机的数字信号控制器中,实现定位系统的辅助测量,减小了聚焦式测头的非线性对测量结果的影响。根据ISO 5436-1:2000的评价方法对经过标定的台阶高度进行评价,14次测量的均方根(RMS)偏差为0.237 nm。
测量与计量 纳米测量机 聚焦式测头 台阶高度标准
清华大学 精密仪器与机械学系精密测试技术与仪器国家重点实验室，北京 100084
台阶高度测量是目前新提出的国际计量比对项目之一，当前的趋势是向纳米量级精度发展并尽量扩大测量范围。在分析现状和背景的基础上，大致归类了测量台阶高度的几种光学方法，着重介绍了其中绝对干涉方案的最新进展，从测量原理、测量精度以及量程等几方面比较了它们的优缺点。在此基础上提出以可调谐半导体激光器作为光源，采用可调合成波长链法实现纳米级精度毫米级量程的台阶高度测量，详细分析了方案的原理误差，得到最后的结论。
可调合成波长链 台阶高度 可调谐半导体激光器 changeable synthetic wavelength chain (CSWC) step height tunable diode laser
