面向跨尺度表面測量的宏微運動平臺和激光干涉系統(tǒng)研究.pdf

1、繼上世紀80年代掃描隧道顯微鏡(STM)被研制成功后,一系列的掃描探針顯微鏡(SPM)隨之出現(xiàn),人類對微觀領(lǐng)域的探索得以不斷深入。但是隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展,這些測量儀器存在的不足也隨之浮現(xiàn),主要體現(xiàn)在儀器的測量范圍過小和不能實現(xiàn)溯源性計量上,這些不足制約著納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展。分子測量機正是基于上述應(yīng)用背景提出來的,其設(shè)計目標為在50mm×50mm×100μm的測量范圍內(nèi)實現(xiàn)1nm的測量不確定度和0.1nm的測量分辨率。
　

2、　本文以分子測量機為背景,研究了面向跨尺度表面測量的宏微運動平臺和激光干涉系統(tǒng)。首先通過分析運動平臺的尺寸,結(jié)構(gòu),剛度和材料等方面的參數(shù),設(shè)計了一種宏動導(dǎo)軌與微動平臺結(jié)合的運動平臺,可以在大尺度范圍內(nèi)(50mm)實現(xiàn)納米級運動分辨率(0.1nm),并且利用有限元軟件對設(shè)計結(jié)果進行了靜力分析和模態(tài)分析。接下來基于激光干涉技術(shù)對整個儀器的測量系統(tǒng)進行了設(shè)計,提出了一種擴束準直光路和耦合差動可以實現(xiàn)8倍光程差倍增的干涉光路,并且利用ZEMAX

3、軟件對測量光路進行了仿真分析。以物理光學(xué)、干涉基本原理和測量模型為基礎(chǔ)對光路組件存在的光學(xué)非理想性能和安裝偏轉(zhuǎn)等誤差因素進行了研究,分別得出了偏振分光鏡,波片,角錐棱鏡和平面反射鏡對測量引入的誤差大小。最后通過分析干涉測量原理,建立了干涉信號誤差模型。對干涉信號誤差補償算法進行了相關(guān)研究,利用MATLAB基于Heydemann提出的橢圓補償算法修正干涉信號,分析了其誤差補償性能。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計的宏微結(jié)合運動平臺和激光測量系統(tǒng)可以達