光栅线距测量仪的设计

刘 敏

（唐山学院基础教学部，河北唐山063000）

光栅线距测量仪的设计

刘 敏

（唐山学院基础教学部，河北唐山063000）

采用测量光束衍射角的方法，设计了一种作为标准块的光栅线距测量仪。实验表明，在实验室条件（20±1）℃，（760±10）mmHg的工作条件下，该测量仪可以测量线距800nm的光栅，测量不确定度在10－5。

光栅衍射；光栅线间距；Littrow角；自准直；不确定度

在纳米计量中，由于受仪器工作原理、测量对象和环境等不同因素的影响，用不同仪器检测同一目标或利用同一仪器在不同环境下测量同一目标，所得结果可能会截然不同，因此，纳米计量中纳米传递标准具有重要的意义。研制准确适用的纳米长度传递标准是当前急需解决的问题和研究重点。纳米长度传递标准包括线宽、阶高、线纹尺、节距（1D栅）、网格（2D栅）等。扫描隧道、原子力、电子、可见光以及紫外光显微镜都要使用这些标准来校准，这些传递标准溯源于国家标准和SI基本单位。

光栅除了主要作为光谱仪的色散器件外，又可被用作为扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜（SPM）及原子力显微镜（AFM）等的定标或校准块。本文采用测量光束衍射角的方法，设计了一种作为标准块的光栅线距测量仪。

1 测量原理

1.1 任意激光光束入射［1］

如图1所示，任意激光光束入射到光栅表面，将产生以0极反射为对称轴的不同级次的衍射条纹，其光栅方程为P（sinθ＋sinφK）＝±Kλ，即其中：P为光栅线间距；θ为入射角；φK为第K级衍射的衍射角；λ为入射光波长；K＝0，±1，±2，……为衍射级次。

图1 任意角θ入射时的光栅衍射