現代測量系統(tǒng)無論是坐標測量機還是精密數控加工中心,都需要對系統(tǒng)工作臺的二維方向進行精確測量與定位。對于應用最多的二維平面微位移測量系統(tǒng),使用二維光柵進行測量,相較于在二維方向上分別裝夾一維測量裝置而言,不僅可同時對兩個方向的平面微位移進行測量,而且具有精度高,結構緊湊,阿貝誤差小等優(yōu)點。而在二維光柵測量系統(tǒng)中,二維光柵是整個測量系統(tǒng)的核心光學元件,因此設計并制作高精度二維平面光柵具有重要意義。本文結合二維光柵的應用及光柵的相關衍射理論,開展了二維光柵的設計、制作,結合實際制作結果對設計進行了的優(yōu)化,主要工作內容如下:(1)介紹了二維光柵在位移測量過程中的工作原理,建立了測量系統(tǒng)輸出信號與表征光柵質量的技術參數之間的對應關系。(2)分析了二維光柵的衍射過程,建立了二維光柵的結構模型,開展了波長為780nm圓偏振光Littrow角入射條件下二維平面反射位相光柵的設計。針對TE、TM偏振入射光的-1級衍射光有較高的衍射效率以及良好的衍射效率均衡性這一設計目標,采用傅立葉模態(tài)法(FMM),對占空比范圍為10%?50%,槽深為150nm?350nm的1200line/mm二維光柵的微結構參數進行了衍射效率計算,結果表明:當鍍金光柵的占空比范圍為42%?44%,槽深為210nm?220nm時,TE偏振光和TM偏振光的-1級衍射效率均在60%以上,衍射效率均衡性高于80%。(3)開展了全息法制作二維鍍金光柵的研究,利用全息干涉技術、等離子刻蝕技術與真空鍍膜技術制作了不同工藝條件下的二維鍍金光柵,進行了衍射效率測試;將衍射效率的實測值與理論值進行對比,分析了產生誤差的原因。結合實際制作的二維光柵微結構的AFM測量結果,改進了二維光柵的模型,在與實際制作工藝更相符的梯臺形模型基礎上對二維光柵的設計進行了優(yōu)化,并給出了梯臺模型下滿足設計指標的工藝范圍。
【學位單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH74
【文章目錄】：
中文摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 精密測量技術簡介
    1.2 計量光柵
    1.3 二維光柵國內外研究現狀
    1.4 本論文的主要工作內容
第二章 基于二維光柵的測量系統(tǒng)原理
    2.1 莫爾條紋
        2.1.1 幾何莫爾技術原理
        2.1.2 莫爾干涉術原理
    2.2 二維光柵測量系統(tǒng)的原理
    本章小結
第三章 二維光柵的設計
    3.1 二維光柵的衍射理論
        3.1.1 標量衍射理論
        3.1.2 矢量衍射理論
        3.1.3 基于嚴格耦合波理論的二維光柵衍射特性分析
    3.2 二維光柵的基本使用條件
    3.3 二維光柵的結構模型
    3.4 二維光柵的設計目標
    3.5 二維光柵的衍射效率
        3.5.1 鋁作為表面反射層材料
        3.5.2 金作為表面反射層材料
    本章小結
第四章 二維光柵的制作與誤差分析
    4.1 衍射光柵制備方法簡介
    4.2 基于全息技術的二維鍍金光柵的制作
    4.3 二維光柵掩模、刻蝕、鍍膜槽型結果
    4.4 二維光柵衍射效率測試和誤差分析
    4.5 二維光柵梯臺模型的優(yōu)化設計
    本章小結
第五章 總結與展望
    5.1 本論文工作總結
    5.2 工作展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文
本論文的研究工作得到以下基金的資助
致謝

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

1 吳玲玲;王星;陳靖;武繼安;陳靖;;基于Talbot-Moiré法的長焦透鏡焦距測量的極限精度分析[J];應用光學;2011年04期

2 丁玉成;;納米壓印光刻工藝的研究進展和技術挑戰(zhàn)[J];青島理工大學學報;2010年01期

3 羨一民,王科峰;激光干涉儀技術及發(fā)展[J];工具技術;2003年11期

4 蒙文舜,楊運經,劉云鵬;電容傳感器的原理及應用[J];現代電子技術;2003年07期

5 盧國綱;光柵測量系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及水平[J];機械工人.冷加工;2000年08期

6 程曉輝,趙洋,李達成;F-P干涉儀在長度測量領域的應用[J];激光技術;1999年03期

7 王林,曹芒,李達成;用于納米測量的掃描X射線干涉技術[J];光學精密工程;1998年01期

相關博士學位論文 前4條

1 于明巖;微納系統(tǒng)電子束光刻關鍵技術及相關機理研究[D];哈爾濱理工大學;2015年

2 李琳;基于光柵衍射光干涉的位移測量技術研究[D];中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所）;2010年

3 夏豪杰;高精度二維平面光柵測量系統(tǒng)及關鍵技術研究[D];合肥工業(yè)大學;2006年

4 楚興春;納米光柵干涉位移測量關鍵技術的研究[D];國防科學技術大學;2005年

相關碩士學位論文 前2條

1 關健;基于二維光柵的高精度三維位移測量系統(tǒng)[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

2 蔣連鳳;光柵數字信號采集技術研究[D];中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所）;2010年

本文編號：2850103