穆勒矩阵椭偏仪变角机构设计与实现

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1、分类号学号M201370611学校代码10487密级硕士学位论文穆勒矩阵椭偏仪变角机构设计与实现学位申请人：雷家宝学科专业：机械工程指导教师：刘世元教授张传维副教授答辩日期：2015年5月17日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringTheDesignandRealizationofVariableAngleMechanismofMullerMatrixEllipsometerCandidate:LeiJiabaoMajor:MechanicalEngineer

2、ingSupervisor:Prof.LiuShiyuanAssoc.Prof.ZhangChuanweiHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay.,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者

3、完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要穆勒矩阵椭偏仪是一种先进的光学测量仪器,与常规测量仪器相比，具有非接触、非破坏、快速和信息量丰富等优良特性。穆勒矩阵椭偏仪通过多入射角、多方位角等测量条件优化配置，可以实现纳米

4、结构更高精度测量。变角机构是穆勒矩阵椭偏仪实现多角度测量的关键，是椭偏仪的重要组成部分。变角机构的性能直接影响着整个仪器的测试准确度和测试精度。本论文着重研究穆勒矩阵椭偏仪变角机构的机械设计与实现，论文研究工作主要包括以下几个方面：通过对比分析现有椭偏仪产品结构设计，并对不同类型变角机构的运动方式和优缺点进行分析比较。根据实际需求制定变角机构的整体设计方案。在此基础上，通过变角机构载荷核算，求出整个装置所需输入转矩，完成电机选型。基于变角机构设计方案，完成零部件的参数设计和三维实体造型；借助于Pro/EWildfire软件平台对零部件进行虚拟装配，检测元件间的干涉情况。通过Pro/E的仿真模

5、块，查看机构的整体运动轨迹，并对角度、角加速度以及受力的仿真结果进行分析，对设计方案进行仿真验证。利用ANSYSWorkbench软件平台对变角机构的部分关键零部件进行结构静力分析，查看其变形情况，从而在设计阶段避免其薄弱环节。同时，通过自由模态分析,研究变角机构的振动特性。对工程实现的变角机构进行整体装配和调试，测量双臂实际旋转角度，通过重复性测量实验验证所设计的变角机构角度运动性能指标。在此基础上全面分析了变角机构的误差来源，并提出了相应地改善措施。关键词：穆勒矩阵椭偏仪,变角机构,结构设计,仿真分析,有限元,误差分析I华中科技大学硕士学位论文AbstractMuellermatrixe

6、llipsometerisanadvancedopticalmeasurementinstrument,comparedwithconventionalmeasuringinstrument,ithasthenon-contact,nodestructive,fastandtheabilitytoacquirerichinformation,etc.TheMullermatrixellipsometercanachievehighprecisionmeasurementofNanostructurebyincidentangle,multiazimuthconfigurationoptimi

7、zationofmeasurementconditions,etc.Variableanglemoduleisthekeytoachievemulti-anglemeasurement,anditactsasanimportantpartoftheinstrument.Theperformanceofvariableanglemoduledirectlyaffectsthemeasurementaccurac