差動(dòng)式邁克爾遜干涉納米位移測(cè)量方法研究.pdf

1、隨著精密加工、微電子等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)高精度位移測(cè)量技術(shù)的需求越來越大，性能要求也越來越高。
　　本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金(NO.51205365)，設(shè)計(jì)了一種差動(dòng)式邁克爾遜干涉納米位移測(cè)量方法，并對(duì)測(cè)量方法的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，通過搭建完整的測(cè)量系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精度的位移測(cè)量。
　　論文介紹了國(guó)內(nèi)外納米位移測(cè)量技術(shù)的研究現(xiàn)狀，提出了一種差動(dòng)式邁克爾遜干涉納米位移測(cè)量方法，對(duì)差動(dòng)式邁克爾遜干涉納米位移測(cè)量的原理進(jìn)行

2、了詳細(xì)的介紹，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與有限元受力分析；設(shè)計(jì)了信號(hào)預(yù)處理電路與電壓轉(zhuǎn)化電路，用于改善干涉信號(hào)質(zhì)量以及調(diào)整信號(hào)電壓范圍；設(shè)計(jì)了高精度的干涉信號(hào)相位差測(cè)量方法，并對(duì)相位差測(cè)量精度與分辨率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；設(shè)計(jì)了相位差測(cè)量速度補(bǔ)償方法，對(duì)相位差測(cè)量過程中速度變化引起的誤差進(jìn)行了分析與補(bǔ)償；對(duì)大數(shù)計(jì)數(shù)的測(cè)量原理進(jìn)行了介紹，并對(duì)參考鏡移動(dòng)方向判斷方法進(jìn)行了設(shè)計(jì)；運(yùn)用C語言對(duì)DSP進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)，運(yùn)用

3、VB設(shè)計(jì)了上位機(jī)的系統(tǒng)控制軟件。
　　為驗(yàn)證本文所構(gòu)建的差動(dòng)式邁克爾遜干涉納米位移測(cè)量系統(tǒng)的可行性與有效性，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：(1)相位差測(cè)量補(bǔ)償對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別以50nm、200nm為步長(zhǎng)進(jìn)行了對(duì)比位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)，步長(zhǎng)為50nm時(shí)，補(bǔ)償后測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差由1.0108nm減小為0.5686nm，誤差平均偏差由0.7648nm減小為0.4616nm；步長(zhǎng)為200nm時(shí)，補(bǔ)償后測(cè)量誤差標(biāo)準(zhǔn)偏差由1.4188nm減小為

4、0.5687nm，誤差平均偏差由1.1115nm減小為0.4838nm。(2)小數(shù)計(jì)數(shù)位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)，分別進(jìn)行了5nm、10nm、20nm、50nm步長(zhǎng)的位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)，測(cè)量誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.4697nm、0.6317nm、0.7594nm、0.6644nm。(3)大數(shù)計(jì)數(shù)位移測(cè)量時(shí)實(shí)驗(yàn)，分別在正反向下進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以0.5μm為步長(zhǎng)，在0-7μm的范圍內(nèi)驗(yàn)證大數(shù)計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性，結(jié)果為大數(shù)計(jì)數(shù)誤差均小于半個(gè)波長(zhǎng)，與干涉條紋位移測(cè)量理論