光干涉技术在纳米精度测量中的应用及发展

　　目前，能够实现纳米测量及量值溯源的方法卞要有:电感电容测微仪、X射线干涉仪、Febra-Perot干涉仪、外差式激光干涉仪件}一量型扫 描探针显微镜等。在光学纳米干涉测量方法中)‘一泛采用光学倍程技术、干涉条纹电子细分技术和电子倍频技术，这些技术的应用在很大程度上提高了光学干涉仪 的测量分辨率，理论上可以实现纳米、亚纳米甚至皮米量级分辨率。

　　1 X射线干涉仪

　　利用X射线衍射效应进行位移测量的设想最初是由H art等人在1968年提出的。在实际使用中，单nin，硅的nii，格尺寸是非常稳定的，美国KIST和德国PTB分别对硅X20 ，体的o ll间距进行了测量”测量结果如下:

　　PTB:d=192015. 560 1 0. 012fm

　　KIST: d=192015. 902 1 0. 019fm

　　可见，在不同地域不同条件下生长的硅单n其o ll间距非常接近。日木NRLM在0. 02℃恒温下对20 iiinll间距进行了18天稳定性测试3ii4i，结果发现该o ICI间距的变化为0. 1 fm。实验结果充分说明单n，硅o ll间距做为长度测量基准具有较好的稳定性。

　　X射线干涉长度测量的基木原理如图1所T三片等厚的单况，硅等距排列，X射线以Bragg角。入射单nin，硅，n}l=2dsinB} d为nii，格间距，A为射线波长。当n，体A相对十其它两块n，体移动时一，输出光的张度会按照周期性正弦规律变化，日n，体何移动一个n，格间距，输 出光张变化一个周期。利用n，格间距0. 192nm为长度基准单位，很容易实现纳米精度测量。测量标准偏差达到Spm，测量位移范围100一200 N,m 。

　　为了提高测量分辨率，X射线干涉仪也采用条纹细分技术。D. K. Bowen等将100 }.},m聚合物位相板引入光路中，接受信号中会产生间隔1200的相位差，实现干涉信号的条纹细分。条纹细分达到入/150最终标准偏差为Spm}}。 条纹细分的极限受到移相精度和统}I-噪声的限制。

　　x射线干涉测量技术，容易得到皮米数量级的高分辨率，随之而来的缺点是其测量范围小，测量速度低，而日由弹性变形和机械加土因素的误差对测量结果有较大的影响，这在很大程度上限制了它的应用。

　　英国W arwick大学D. (}. Chetwynd等人针对X射线干涉仪测量范围小的缺点，研制出测量范围在10微米纳米精度的X射线干涉仪’5i。英国NPL、德国PTB不日息大利 IM(}C三个国家实验室联合开展X射线干涉仪的研制土作，将X射线干涉仪和激光干涉仪结合起来’}i，已经研制成组合式光学X射线干涉 仪}:ombined Optical and X-ray Interferometer,COXI}用十位移传感器的校准，图2是该系统的原理框图。图中平ICI干涉仪给出的条纹移动当量为}/4约为 158nm，相当十X射线干涉仪中824个干涉条纹。在100倍条纹细分的情况下，这个系统的测量精度可以达到2pm。实验结果证实，该系统在 101.},m范围内达到1 Opm的测量精度;在lmm范围内达到100pm的测量精度。