导读:本文包含了光栅纳米测量论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:纳米位移测量,外差干涉,计量光栅,严格耦合波理论
光栅纳米测量论文文献综述
林存宝[1]（2016）在《外差干涉纳米级光栅位移测量系统关键技术研究》一文中研究指出高精度位移测量作为现代制造业与信息产业领域的关键技术,对国家经济发展与科技进步具有重要意义。本文以实现大量程、高精度、高稳定性位移测量为目标,将外差探测与光栅测量技术相结合,研制了一维和二维两套外差干涉光栅位移测量系统,并对二者进行了较为详尽的理论分析与实验研究,主要创新性工作归纳如下:1.改进了课题组之前提出的对称式高对比度一维外差干涉光栅位移测量系统。通过采用较短栅距的计量光栅与精心选取半波片放置位置,使得改进后的系统相比之前具有更短的光学信号周期,更高的测量信号信噪比,以及更强的外界干扰抑制能力。研制了新的一维位移测量系统,开展了小量程下的阶梯、方波、正弦波运动轨迹测试实验,大量程下的往返运动轨迹测试实验,以及系统静态下的稳定性测试实验。实验结果表明本文所研制的一维外差干涉光栅位移测量系统位移分辨率为0.21 nm、小量程重复性为0.25 nm、10分钟下的系统稳定性为±1.5 nm、10 mm往返运动下的标准偏差为24.67 nm,达到了纳米级位移测量精度水平。2.提出了一种基于对角线衍射级次的二维外差干涉光栅位移测量方法。通过采用(7)?1,?1(8)级衍射光进行位移测量,配合为其专门设计的二维交叉光栅,使得系统能够同时获得高条纹对比度、高信号信噪比与高光学细分倍数的“叁高”特性。研制了相应的二维位移测量系统,开展了线性位移下的阶梯、方波、正弦波、叁角波运动轨迹测试实验,平面位移下的圆形、八边形、正方形运动轨迹测试实验,以及系统静态下的稳定性测试实验。实验结果表明本文所提出的二维外差干涉光栅位移测量系统X与Y方向的位移分辨率均为0.13 nm、小量程重复性分别为2.16nm与2.52 nm、10分钟下的系统稳定性分别为±4 nm和±6.5 nm,且可以有效实现X与Y方向的直线度误差测量。3.提出了一种基于平面交叉矩形结构的二维单层计量光栅。通过巧妙设计二维光栅表面周期结构,使得其对TE与TM偏振具有相同的衍射效率,保证了高对比度、高信噪比与高光学细分外差干涉信号的获得。利用傅里叶光学理论、菲涅尔-基尔霍夫衍射积分、严格耦合波理论对所提出的二维单层交叉光栅进行了参数优化,结果显示其在光栅栅距为1μm、占空比为0.5、归一化深度为0.3时可以实现对TE与TM偏振高达18.32%的衍射效率。与此同时,利用传统掩膜光刻方法制作了光栅栅距为4μm的二维单层交叉光栅,并对其衍射特性进行了实验测试。测试结果显示其衍射特性与理论分析具有很好的一致性,由此证明了所提出二维单层交叉光栅在光学计量应用中的有效性。4.提出了一种基于堆迭交叉矩形结构的二维双层计量光栅。通过综合考虑二维光栅衍射特性与制作工艺,令其在保持“叁高”特性的同时,可由两个具有相同凹槽深度的一维光栅垂直迭加而成,从而便于短周期光栅结构的制作。利用傅里叶光学理论与严格耦合波理论对其衍射特性进行了分析,结果显示其与二维单层交叉光栅具有相似的衍射特性,在光栅栅距为1.2μm、占空比为0.3、归一化深度为0.31时可实现对TE与TM偏振17.41%的衍射效率。与此同时,提出了一种将全息光刻与曝光-刻蚀-曝光-刻蚀双重图形技术相结合的双层光栅制作方法,制作了光栅栅距为2μm的二维双层交叉光栅,并将其实际衍射特性与理论分析进行了测试对比,结果表明二者具有较好的一致性。5.建立了二维光栅位移测量系统几何误差通用数学模型。通过综合考虑二维光栅制作与装配非理想对系统性能的影响,以本文所提出的垂直入射对称出射二维光学系统为研究对象,通过对比一次衍射和二次衍射下的不同光路结构,建立了包含二维光栅横滚角、俯仰角、偏航角、非正交角在内的几何误差通用数学模型。研究结果表明二维光栅制作与装配非理想主要会导致系统余弦误差和耦合误差的产生,且耦合误差要明显严重于余弦误差,是系统几何误差的主要构成成分。与此同时,余弦误差与耦合误差都与系统所用衍射级次、衍射次数和光学细分倍数无关,只与各误差角与被测位移有关。研究结果对二维光栅位移测量系统的装配集成与误差评估和补偿具有一定的指导意义。6.提出了一种将自标定与比较式标定相结合的二维系统几何误差补偿方法。通过深入研究二维光栅位移测量系统几何误差的规律特点,采用自标定与比较式标定相结合的方法,建立光栅测量位移值、平移台运动位移值、理想正交位移值叁者之间函数映射关系,通过平移台自身运动与线性激光干涉仪相互配合实现对系统几何误差的有效补偿。利用包含直线、斜线和曲线位移的叁角形与圆形运动轨迹在各种误差干扰下对其进行了仿真分析,并利用线性往返运动对其进行了实验验证。结果表明本文所提出几何误差补偿方法能够有效补偿二维光栅位移测量系统的几何误差。(本文来源于《国防科学技术大学》期刊2016-09-01）
胡小娟[2]（2016）在《大行程纳米分辨力光栅位移测量系统研究》一文中研究指出随着科技的进步,纳米测量技术在大多数领域得到蓬勃发展。位移是最基本物理量之一,而现代精密位移测量技术的两个主要手段是激光干涉测量和光栅计量。相较于激光干涉测量,光栅计量不易受环境干扰、成本较低、易于小型化,因此得到广泛地研究和应用。虽然国内外对于计量光栅的研究与应用已经相当成熟且已批量生产,但其测量分辨力较低,因此研究高分辨力的光栅位移测量系统具有重要意义。本研究利用光栅位移传感器作为核心元件,采用了数字滤波的方式减小了信号的噪声,配合软硬件综合的细分方法,搭建了一个高分辨力、高稳定性的位移测量系统。主要完成了以下工作：(1)根据课题所要实现的目标,设计承载光栅尺、电机、导轨的机械结构；(2)设计信号调理电路,包括差分放大、消除直流、归一化处理、滤波等模块,从而得到信噪比较高的两路正交的正余弦信号；(3)确定细分方法为软硬件结合的方法,设计相应的脉冲计数电路,并结合数据采集卡编写位移测量程序,并采用数字滤波算法滤除输出信号的噪声,进一步提高了系统的分辨力；(4)搭建实验系统,对其进行各项性能测试,并对其在全程范围内进行误差补偿。实验结果证明：大行程纳米光栅位移测量系统在测量行程220mm以内,测量分辨力达亚纳米量级,60min内其稳定性可保持在纳米级,经误差补偿后在测量行程内其测量误差可保持在士0.5μm以内。(本文来源于《合肥工业大学》期刊2016-04-01）
陈修国,刘世元,张传维,吴懿平,马智超[3]（2014）在《基于Mueller矩阵椭偏仪的纳米压印模板与光刻胶光栅结构准确测量》一文中研究指出在纳米压印工艺中,对模板和压印结构的几何参数进行快速、低成本、非破坏性地准确测量具有非常重要的意义.与传统光谱椭偏仪只能改变波长和入射角2个测量条件并且在每一组测量条件下只能获得振幅比和相位差2个测量参数相比,Mueller矩阵椭偏仪可以改变波长、入射角和方位角3个测量条件,而且在每一组测量条件下都可以获得一个4×4阶Mueller矩阵共16个参数,因此可以获得更为丰富的测量信息.通过选择合适的测量条件配置,充分利用Mueller矩阵中的测量信息,有望实现更为准确的纳米结构测量.基于此,本文利用自主研制的Mueller矩阵椭偏仪对硅基光栅模板和纳米压印光刻胶光栅结构进行了测量.实验结果表明,通过对Mueller矩阵椭偏仪进行测量条件优化配置,并且在光学特性建模时考虑测量过程中出现的退偏效应,可以实现压印工艺中纳米结构线宽、线高、侧壁角以及残胶厚度等几何参数更为准确的测量,同时对于纳米压印光刻胶光栅结构还可以直接得到光斑照射区域内残胶厚度的不均匀性参数.(本文来源于《物理学报》期刊2014年18期）
郭言文,徐从裕[4]（2013）在《基于TMS320F28335+PCI的光栅纳米测量卡的设计》一文中研究指出光栅纳米测量卡精度高,动态测量范围广,广泛应用于现代几何量计量设备中。目前国内市场上的光栅测量卡主要来自于国外,价格昂贵,自主产品比较少。为了打破这一现状,设计了一种基于DSP+PCI的光栅纳米测量卡,通过预放大电路对光栅信号进行处理,采用TMS320F28335对处理的光栅信号进行细分处理,基于PCI接口芯片CH365与计算机相连,实现高精度、快速光栅纳米在线测量。实验表明,运用光栅纳米测量卡测量的位移达到了纳米级。(本文来源于《电子测量技术》期刊2013年06期）
杨东兴,颜树华,杜列波,王国超,林存宝[5]（2013）在《一种小型化纳米级单光栅位移测量系统的研制》一文中研究指出随着纳米技术的广泛应用以及人们对纳米位移测量认识的不断深化,光栅位移测量技术正在受到广泛的关注。在研究反射式光栅位移测量原理的基础上,设计并实现了一种小型化纳米级单光栅位移测量系统,对系统总体设计、光路布局以及软件算法进行了阐述,最后,利用电容位移传感器ASP-10-ILA等辅助仪器进行了对比实验。实验结果表明:在两路信号不完全正交的情况下系统也能实现准确测量,且理论上系统的位移测量分辨率达到1 nm;在电容位移传感器的量程范围内进行小位移对比试验,系统测量均值与参考值最大偏差118 nm,且与拟合直线偏差均小于100 nm;当光栅发生10 mm以上的较大位移时,测量结果与均值的偏差均小于5 ppm。(本文来源于《红外与激光工程》期刊2013年04期）
杨东兴[6]（2012）在《小型化单光栅纳米级位移测量技术的研究》一文中研究指出在生物制药、微电子、超精加工、航天科学、材料科学等众多领域，都需要纳米级的位移测量系统提供设备支持。光栅干涉位移测量技术作为能够实现纳米级位移测量的技术之一，具有体积小、成本低、结构简单、易于仪器化等优点，具有极其广阔的应用前景。本文以实现纳米级光栅干涉位移测量系统为目标，围绕光栅干涉位移测量的基本原理、关键技术、总体设计、系统实现、性能测试等相关内容进行了深入研究，具体工作及主要创新点主要体现在以下几个方面：1.介绍了光栅干涉位移测量的基本原理，对光学干涉位移测量中的光学细分方法进行了研究，推导和仿真了衍射光干涉场的光强分布，通过将四象限探测方法和差分处理方法相结合实现了对干涉信号的高信噪比探测。对于采用差分处理方法得到的两路正交信号，提出了一种基于反正切变换的相位高精度细分方法。该方法将信号相位的测量分为整数计数和小数相位测量两部分，通过详细的理论推导，得到了最终相位测量所需的准确表达式。该方法能够有效实现正反两个方向的位移测量，且具有较高的相位测量精度。2.研制了一套小型化单光栅纳米级干涉位移测量系统。从小型化纳米级的角度对该系统进行了总体设计。采用体积较小的半导体激光器，结合反射式衍射光栅、分光镜和反射镜，设计出了一种紧凑型的光路布局。利用自行设计加工的金属部件，搭建了小型化的系统装置。采用四象限探测器和DSP芯片设计制作了系统所需的电路部分。通过将光学系统、机械系统和电路系统进行装配集成，得到了最终的单光栅纳米级干涉位移测量系统。3.对设计制作的小型化单光栅纳米级干涉位移测量系统进行了性能测试。结合高精度电容位移传感器和数字平移台等辅助设备，对不用间隔距离、不用移动方向、不同移动速度、不同电容探头安装位置和不同测量量程下的系统性能进行了测试和分析。测试结果显示该系统随着测量间距的增加测量精度有所提高，在正反两个方向上具有同等的精度水平，且在不同量程下都表现出较好的稳定性。不足之处是本系统的测量精度会随着移动速度的增加而有所降低。4.对基于光纤耦合器的单光栅干涉位移测量技术进行了研究。分别设计了基于1×2光纤耦合器和2×2光纤耦合器的单光栅干涉位移测量系统。分析了损耗对光纤耦合器输出相位差的影响。对基于光纤耦合器的单光栅干涉位移测量系统的性能进行了测试。测试结果表明，基于光纤耦合器的单光栅干涉位移测量系统有望获得更高的信噪比和更好的稳定性，能够进一步提高系统的测量精度，扩大其适用范围。(本文来源于《国防科学技术大学》期刊2012-11-01）
李帅[7]（2012）在《二维光栅纳米位移测量系统的设计与分析》一文中研究指出文章提出了一种以衍射光栅为基准件的二维纳米位移测量系统,阐述了系统的组成和光路结构,分析了系统的测量原理。最后利用Lighttools软件对系统的光学结构进行仿真设计,研究系统干涉信号的变化规律,为后续的光路优化和误差补偿提供了理论模型。(本文来源于《现代显示》期刊2012年04期）
吕刚[8]（2011）在《导模共振光栅用于纳米间隙测量的研究》一文中研究指出纳米间隙测量问题在X射线光刻,光盘驱动光碟伺服控制系统等精密仪器控制方面有重要的应用前景。美国MIT的Moon等人利用啁啾-泰伯效应的光学干涉技术测量了两块玻璃基板之间的间隙尺寸,他们测量的灵敏度可达到1nm以下,然而可测量范围却在1~30μm左右[1]。日本NTT的铃木等提出了用双激光超外差干涉法测量硅片和光罩之间的间(本文来源于《中国光学学会2011年学术大会摘要集》期刊2011-09-05）
王国超,颜树华,周卫红,牛正一,谢学东[9]（2011）在《双波长单光栅纳米测量中激光器性能非理想的影响》一文中研究指出阐述了双波长单光栅式大量程纳米级位移测量系统的基本原理,并对系统具有的量程大、精度高、稳定性好等特点进行了介绍。由于系统进行的是高精度纳米级的位移测量,必须考虑各种不利因素造成的误差影响,主要分析讨论了双频激光器性能非理想所造成的误差,包括波长不稳定造成的线性误差及椭圆极化偏振所造成的非线性误差。并在理论建模的基础上,导出了相应的误差表达式。最后通过仿真计算,指出波长不稳定造成的线性误差的极限值为2 nm,在非正交角为1.1°,渥拉斯顿棱镜的透过率Tx、Ty分别为0.85、1时,椭圆极化偏振所造成的非线性误差极值达到1.54 nm,并选取不同的非正交角及Tx、Ty对误差变化规律进行了研究分析。(本文来源于《红外与激光工程》期刊2011年06期）
王国超[10]（2010）在《双波长单光栅大量程纳米级位移测量方法的研究》一文中研究指出光栅干涉位移测量技术,作为能够实现纳米级位移测量的技术之一,其具有体积小,成本低,结构简单,易于仪器化等优点。相比于传统的激光干涉仪,它以实物形式提供测量基准,对环境条件的要求相对较低,使用稳定可靠,零点漂移极小,同时可以获得比几何莫尔术更高的测量精度和分辨力,在诸如生物制药、微电子、超精加工、航天科学、材料科学等领域具有广阔的应用前景。本文以解决光栅位移测量中大量程和纳米级精度这一矛盾为核心,主要围绕双波长单光栅位移测量的原理、理论模型、光路设计、外差干涉信号的处理等相关内容进行了深入的研究,论文的具体工作及主要创新点体现在以下几个方面:1.首次将双波长激光应用于单光栅位移测量系统,给衍射后的干涉条纹随位移的变化引入一个载波,把普通单光栅干涉测量的直流信号系统转变为双波长单光栅式干涉测量的交流信号系统,从而大大增强系统的抗干扰能力和稳定性。2.基于基尔霍夫标量衍射理论,建立了双波长单光栅位移测量光学系统的理论模型,通过研究双波长高斯光束和光栅衍射的数学模型,推导了双波长激光照射光栅时合光场的场强分布;同时,利用Matlab程序仿真分析了干涉后的合光场,得到了光栅衍射场的外差干涉余弦信号,验证了双波长单光栅干涉位移测量方法的可行性。3.在分析光学系统理论模型的基础上,设计了双波长单光栅位移测量方法的光学结构,讨论了激光器、分光器、偏振分光棱镜和计量光栅这些关键光学器件的选择;在外差干涉的理论基础上,建立了双频激光器性能非理想对测量精度所造成影响的误差模型,分析讨论了影响误差大小的主要因素,并通过实验仿真得到了误差变化的规律。4.研究了脉冲填充测量相位的方法,同时把锁相环混频降频技术与脉冲填充法结合起来,实现了中高频外差信号的相位解调,拓展了外差信号的处理技术。5.提出了基于FPGA和锁相环混频技术的整小数相位测量相结合的数字相位测量方法,实现了外差相位信息的整周期测量以及小数相位的高倍细分,并通过设计多组相位测试实验,验证了该方法可以实现测量精度优于0.03°以及整周期的准确测量。(本文来源于《国防科学技术大学》期刊2010-11-01）
光栅纳米测量论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着科技的进步,纳米测量技术在大多数领域得到蓬勃发展。位移是最基本物理量之一,而现代精密位移测量技术的两个主要手段是激光干涉测量和光栅计量。相较于激光干涉测量,光栅计量不易受环境干扰、成本较低、易于小型化,因此得到广泛地研究和应用。虽然国内外对于计量光栅的研究与应用已经相当成熟且已批量生产,但其测量分辨力较低,因此研究高分辨力的光栅位移测量系统具有重要意义。本研究利用光栅位移传感器作为核心元件,采用了数字滤波的方式减小了信号的噪声,配合软硬件综合的细分方法,搭建了一个高分辨力、高稳定性的位移测量系统。主要完成了以下工作：(1)根据课题所要实现的目标,设计承载光栅尺、电机、导轨的机械结构；(2)设计信号调理电路,包括差分放大、消除直流、归一化处理、滤波等模块,从而得到信噪比较高的两路正交的正余弦信号；(3)确定细分方法为软硬件结合的方法,设计相应的脉冲计数电路,并结合数据采集卡编写位移测量程序,并采用数字滤波算法滤除输出信号的噪声,进一步提高了系统的分辨力；(4)搭建实验系统,对其进行各项性能测试,并对其在全程范围内进行误差补偿。实验结果证明：大行程纳米光栅位移测量系统在测量行程220mm以内,测量分辨力达亚纳米量级,60min内其稳定性可保持在纳米级,经误差补偿后在测量行程内其测量误差可保持在士0.5μm以内。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
光栅纳米测量论文参考文献
[1].林存宝.外差干涉纳米级光栅位移测量系统关键技术研究[D].国防科学技术大学.2016
[2].胡小娟.大行程纳米分辨力光栅位移测量系统研究[D].合肥工业大学.2016
[3].陈修国,刘世元,张传维,吴懿平,马智超.基于Mueller矩阵椭偏仪的纳米压印模板与光刻胶光栅结构准确测量[J].物理学报.2014
[4].郭言文,徐从裕.基于TMS320F28335+PCI的光栅纳米测量卡的设计[J].电子测量技术.2013
[5].杨东兴,颜树华,杜列波,王国超,林存宝.一种小型化纳米级单光栅位移测量系统的研制[J].红外与激光工程.2013
[6].杨东兴.小型化单光栅纳米级位移测量技术的研究[D].国防科学技术大学.2012
[7].李帅.二维光栅纳米位移测量系统的设计与分析[J].现代显示.2012
[8].吕刚.导模共振光栅用于纳米间隙测量的研究[C].中国光学学会2011年学术大会摘要集.2011
[9].王国超,颜树华,周卫红,牛正一,谢学东.双波长单光栅纳米测量中激光器性能非理想的影响[J].红外与激光工程.2011
[10].王国超.双波长单光栅大量程纳米级位移测量方法的研究[D].国防科学技术大学.2010