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1、第卷第期红外与激光工程年月比处新型纳米测量技术的模拟研究王慧山东建材学院机械来济南,文摘文中介绍射线干涉仅在当前纳米浏贡技术中的重要意义阐述了射线干涉仅的基,,一本原理全面介绍了国外在该领域的研究现状并利用激光及三,光栅系统对射线干涉技术实现纳米浏蚤进行了模拟实验研究进一步论证了。射线干涉纳米浏量技术的可行性关键词射线干涉仅纳米浏童干涉仅,,,,一,一汀仔,,,,,一一一过引言,一门新兴的科学即纳米科学与技术。随着各种扫描探针显微术的出现正在形成收稿日期年月日©1994-2009ChinaAcademicJour
2、nalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第卷第期红外与激光工程,,但是以为基础的观测技术只能给出纳米级的分辨率却不能给出表面结构准确的纳米尺寸,这是因为一。到目前为止还缺少简便的纳米精度的尺寸测量和定标手段对纳米制造即所谓原子操作来说,如果不能给出准确的位置,则只能停留在表演水平,不可能。,有任何实际意义因此实现纳米甚至亚纳米级精度的精确测定已成为纳米技术发展的迫切要求。为此,对射线干涉纳米测量技术进行。了模拟实验研究射线
3、干涉纳米测技术的墓本原理当单色射线,,以布拉格角入射到完整的单晶硅晶体上时根据射线动力学理论会有三束出射光见图随着在晶体中传输距离迅速按指数规律衰减的直接入射光满足布拉格。,条件的衍射光和由于异常效应而出现的前向衍射光由于直接入射光很弱仅将其作为背景噪声源,后两束光相对晶面呈对称分布,且光强近似相等。射线干涉仪就是利用了。,晶体的这一分束特性它是在同一晶块上制作三片互相平行的晶片见图分别称为分束以目一图晶体的分束特性图射线干涉基本原理尽电曰”一、。,器镜子和分析器分析器可以在其平面内相对其它两晶片移动当单色射线以
4、布拉格角入射时,经过分束器,和镜子分别衍射后的出射光会聚在分析器上发生第三次衍。,,射当分析器移动时输出光的强度周期性地按正弦规律变化且分析器每移动一个晶面间,,而与射线的波长无关。距输出光强就变化一个周期见图这样通过计算接收信号的周,,即可。期数乘以相应的晶面间距以得到分析器移动的微位移的大小如果利用晶面作,以其,衍射面晶面间距作为基本测量单位很容易实现纳米甚至亚纳米级精度的测。。量射线干涉测量纳米测量系统的原理装置如图‘所示射线源一般采用射线管装置或同步辐射源,单色仪是根据布拉格反射原理制成的,。,。准直系统
5、一般由若干狭缝组成分析器放在微动平台上随着微动平台而产生微位移射线检测一般用闪烁计数器,计数器按分析器移动的步长逐点测量输出光的强度值,作,。出输出光强的周期变化曲线以实现纳米级微位移测量国内外射线千涉纳米测技术的现状‘。射线干涉仪是年由和发明的〔它之所以比光学干涉仪晚了一百多©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net红外与激光工程第卷第期,是由于两个原年因一是射线在任何
6、物质中折射率均近似为,所以无法制造适合射线的透镜二是稳定性难度很大,它要求尺寸改变量为埃的数量级,即,只要解决了稳定性间题就可直接实现埃量。级的精度测量当初发明射线干涉仪的目的是。最早射线干涉仪一直‘︸﹄·为了检测晶体的完整性一乏熟目毕。︸︺。,用来确定阿佛加德罗常数年发现完整,晶体的晶格具有特别好的稳定性可作为具有埃分“”“。辨率的测量仪器埃尺对微小位移进行测量,到年英国人才开始将其用于,,测量位移达微位移测量其测量精度可达到。射线干涉仪可作为纳米级位移的测量工万一,,飞具,其,主要优势在于它可以直接作为长度标
7、尺并可作为校验其他纳米级甚至更小位移测量系统的自图分析器来回移动一个晶格间距时记录。然工具的射线光强单次扫描一小时多,、、、目前英国德国日本美国等国家都开展了次扫描,。一外射线干涉仪的研制工作都取得了不同程度的进展,英,已成功地研制出大叩国在该领域的研究水平最高“。小两种不同形式的样机英国大学微细,详伙明工程与测试中,它采心研制的射线干涉仪见图用单晶硅整体式设计,干涉仪和微动机构由同一块图射线干涉纳米测量原理图一,,,硅制成整体尺寸为晶片尺寸为晶片间距为,柔性铰链机构的厚度为,内刻有长的槽,以永磁铁与螺线管的作用
8、力驱动拌。柔性铰链机构实现了在微位移范围内对纳米级位移传感器的校正日本,国家计量实验室研制的射线干涉计量系统见图’射线源采用同步辐,测量,,射源钥靶射线源环境为的真空装置放在谐振频率为的防震平台上。,,环境温度保持在℃采用分体式结构分束器和镜子放在微动平台上平台由两个驱动,柔性机构由两个通过杠杆结构相连的平行四边形构成,微动距离拌。分析器的偏转可由自准直仪及电容,,,测微
