利用x射线干涉仪探究NPL(国家物理实验室)差动平面镜光学干涉仪参考.doc

利用x射线干涉仪探究NPL（国家物理实验室）差动平面镜光学干涉仪 摘要：在NPL采用的光学干涉仪与x射线干涉仪技术结合的x射线干涉仪(COXI)，当其被拟合成稳定及不稳定激光，被用来探究 NPL Jamin型差动平面镜光学干涉仪。此Jamin 型干涉仪拥有一共同的路径设计，此设计由双通结构及单条纹，平面镜与反向反射器间的158nm位移来实现。在一些光学条纹间的位移间隔通过COXI x射线干涉仪同时测量，Jamin型干涉仪与结果相比。为了实现jamin型干涉仪最高测量精度，空气总道要进行遮蔽以防止空气扰动，由光谈探测器引起的电信号被进行分析，并且通过优化通道进行校正，为了准确细分条纹。若采用一不稳定激光用来不稳定激光，则两干涉仪间最大的峰峰值差为80 pm,而对于稳定激光，此差为20 pm。 关键词: x射线干涉仪，差动光学干涉仪, 激法光稳定性, 条纹插值，亚纳米精度 简介 光学干涉仪会在0条纹间与外差仪非线性间有小的周期性误差，干涉仪非线性是多样探究中的主题 [1–5]。条纹计数的线性度，以及NPL差动平面镜光学干涉仪的细分能力(外差仪系统)之前就已经利用电容探针被估定[6]。 然而，COXI的发展为比较NPL差动平面镜光学干涉仪与x射线干涉仪性能提供了机会,一个拥有线性高分辨率的位移以硅的晶面参数为基础，而不是以光径为基础。 X射线干涉仪技术由Bonse最先引用，Hart [7]和Hart [8]最先证明出想射线干涉仪可以用来测量长度。为了测量硅的晶面参数[9] ，作为决定阿伏伽德罗常数[10, 11]的更广泛的项目，X射线干涉仪最终得到国家级水平实验室广泛发展。硅的晶面参数使得x射线干涉仪成为亚纳米级成为有力的计量工具[12]. 利用此思想，三个国家级实验室，国家物理实验（NPL）（英国），Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)(德国)以及Istituto di Metrologia ‘G Colonnetti’ (IMGC)(意大利)三个实验室合力加入来探究以组合光学及x射线干涉仪(COXI) ,为了校准测量传感器位移[13]。 COXI系统引用一扫描单片（机）的x射线干涉仪(见图1)，由以单晶硅做成。X射线以布拉格角度入射到第一片薄片，两衍射光束出现在另一边。这些光束在第二片薄片上再次发生衍射，两光束在第三个中再次结合。这个结构可以被认为是x射线模拟（马赫 曾摩尔）光干涉仪。挠曲支架安装在第三个薄片。并且这个薄片可以被移动超过10 μm位移，以压电驱动器附加在单片上。随着第三薄片平行于其他薄片移动与硅平面晶格间距相等距离， X射线强度变化于最大值到最小值间，(d(220) = 0.192 015 497 ± 1.2 × 10?8 nm at 22.5 ?C ，一靶的压力) ，衍射在硅晶片上产生。 第三块薄片可以被移动与晶面间距相等的量化层[14]，其位置利用随动系统，控制变量为x射线强度级。在x射线干涉仪一边为三个光学平面镜(一硅晶内部部分)。三个平面镜中的两个固定在单片的任一一边的基座上。第三个平面镜在挠曲支架上，并且随着第三块薄片移动。 图1.NPL jamin型干涉仪结构以及其利用x射线干涉仪的对准 2. 实验室结构 图1中显示了NPL Jamin型差动平面镜光学干涉仪，其与x射线干涉仪对准。自从Jamin型差动平面镜光学干涉仪光束间距与COXI光学干涉仪的相似，COXI光学干涉仪被jamin型干涉仪去除，该Jamin型干涉仪光束由x射线干涉仪光镜直接反射。干涉仪的交换会有减少空气总道的优点，测量循环。X射线干涉仪及NPL干涉仪输出的分离间隔为10 mm (其中不超过2 μm为死径) ，以塑料封盖用来隐藏两干涉仪间的空气总道。另外，以铂电阻温度计被置于NPL的四光束的任意一边，空气温度计置于扫描仪的始端与末端间。经典的，穿过空气总道的水平温度坡度小于10 mK，持续15min的变量为10 mK。三个被动绝缘辅助层也被置于COXI.干涉仪。 差动平面镜干涉仪的设计以‘共径’光结构及干涉仪本身采用氦氖激光(λ = 633 nm)辐射源。Jamin分光镜镀层会引进一个两干涉图像间90?的相位差。两干涉仪光探测器在电子条件下发生条件反射而产生两相差为90?的正弦信号 (正弦及余弦信号). 这些给出了关于光学干涉仪的信号相位的信息，以及移动方向的信息。为了进一步分析，电子技术的输出被数字化及采集。为了实现准确的多方位条纹计数以及细分, 理想信号应该有相等的振幅，以相位求积，并且有0 V直流的平均值。光探测器及其相关放大器系统应该是线性的。实际中，理性状况很难实现，这会导致我们在使用干涉仪磁测量长度的时候产生小的周期性误差。然而，,计量学应用的场合要求在条纹细分