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),人類對微觀領域的探索得以不斷深入。但是隨著科學技術日新月異的發(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與技術的發(fā)展。分子測量機正是基于上述應用背景提出來的,其設計目標為在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),設計了一種宏動導軌與微動平臺結(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對整個儀器的測量系統(tǒng)進行了設計,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、干涉基本原理和測量模型為基礎對光路組件存在的光學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,所設計的宏微結(jié)合運動平臺和激光測量系統(tǒng)可以達