Thiết kế và chế tạo cách tử 2D dùng trong hệ thống đo lường đa chiều
173 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.FEE.2022.138-145Từ khóa:
Cách tử 2D; Đo lường chính xác; Gia công chính xác.Tóm tắt
Cách tử 2D bước dài có rất nhiều ứng dụng quan trọng, đặc biệt trong hệ thống đo lường chính xác. Phương pháp vân giao thoa và khắc bằng tia ion truyền thống khi chế tạo loại cách tử này còn gặp vấn đề về hệ thống phơi sáng. Bài báo này trình bày quy trình từ nghiên cứu đến thiết kế, chế tạo một loại cách tử 2D có bước 5 μm để sử dụng trong một hệ thống đo lường đa chiều. Trong đó, căn cứ yêu cầu sử dụng, trình độ gia công và sử dụng phần mềm ETA để thiết kế, lựa chọn ra tham số chi tiết cách tử. Lựa chọn một hệ thống phơi sáng mới để giải quyết vấn đề các hệ thống cũ gặp phải khi chế tạo cách tử bước dài. Thông qua phân tích và tính toán để điều chỉnh hệ thống, tối ưu quang sai giao thoa để tối ưu sai số đường cách tử. Từ đó, chúng tôi đã hoàn thành việc thiết kế và chế tạo ra một cách tử 2D với sai số đường cách tử đạt tới 0,03 λ trong phạm vi 65 mm × 65 mm, các thông số đều đảm bảo yêu cầu.
Tài liệu tham khảo
[1]. A. Kimura et al, “A sub-nanometric three-axis surface encoder with short-period planar gratings for stage motion measurement,” Precis. Eng., Vol. 36, No. 4, 576–585, (2012).
[2]. Z. Lu et al, “Two-degree-of-freedom displacement measurement system based on double diffraction gratings,” Meas. Sci. Technol., Vol. 27, No. 7 (2016).
[3]. H. Hsieh, Pan S, “Three-degree-of-freedom displacement measurement using grating-based heterodyne interferometry,” Appl. Opt., Vol. 52, No. 27, 6840–6848, (2013).
[4]. X. Li et al, “A six-degree-of-freedom surface encoder for precision positioning of a planar motion stage ,” Precis. Eng., Vol. 37, No. 3, 771–781, (2013).
[5]. C. C. Nshii et al, “A surface-patterned chip as a strong source of ultracold atoms for quantum technologies,” Nat. Nanotechnol, Vol. 8, 321–324, (2013).
[6]. Z. Yu et al, “Diffractive chips for magneto-optical trapping of two atomic species,” In CLEO, 7-8, (2020).
[7]. D. Lin et al, “High stability multiplexed fiber interferometer and its application on absolute displacement measurement and on-line surface metrology,” Opt. Express, Vol.12, No.23, 5729, (2004).
[8]. Y. Yee et al, “PZT actuated micromirror for fine-tracking mechanism of high-density optical data storage,” Sensors Actuators, A. Phys., Vol.89, 166–173, (2001).
[9]. G. Dai et al, “Metrological large range scanning probe microscope,” Rev. Sci. Instrum., Vol.75, No.4, 962–970, (2004).
[10]. J. C. Montoya et al, “Doppler writing and linewidth control for scanning beam interference lithography,” J. Vac. Sci. Technol. B Microelectron Nanom. Struct., Vol.23, No.6, 2640–2645, (2005).
[11]. H. Hsieh et al, “Two-dimensional displacement measurement by quasi-common-optical-path heterodyne grating interferometer,” Opt. Express, Vol.19, No.10, 185–191, (2011).
[12]. K. C. Fan et al, “Displacement measurement of planar stage by diffraction planar encoder in nanometer resolution,” 2012 IEEE I2MTC – Int. Instrum. Meas. Technol Conf Proc (2012), 894–897.
[13]. W. Gao W, A. Kimura, “A Three-axis Displacement Sensor with Nanometric Resolution,” CIRP Ann. – Manuf. Technol., Vol.56, No.1, 529–532, (2007).
[14]. 王世玮, “计量用二维光栅像差和衍射效率的优化及制作”. 北京：清华大学，(2016).
[15]. V. H. Wolferen, “Abelmann L. Laser interference lithography”. Hennessy T C. Lithography: Principles, Processes and Materials. Netherlands: Nova Science Publishers, Inc, (2011) p. 133–148.
[16]. M. E. Walsh, “On the design of lithographic interferometers and their application”. Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology, (2004).
[17]. S. Zhou et al, “Dual-comb spectroscopy resolved three-degree-of-freedom sensing,” Photon. Res., Vol.9, 243-251, (2021).
[18]. L. Li, “Fourier Modal Method Gratings”, in Chap. 13 of Grating: Theory and Numeric Applications, 2nd rev. ed. Ed. Popov. E (2014).
[19]. V. Le et al, “A single collimating lens based dual-beam exposure system for fabricating long-period grating,” Opt. Commun., Vol.460, 125139, (2020).
[1]. A. Kimura et al, “A sub-nanometric three-axis surface encoder with short-period planar gratings for stage motion measurement,” Precis. Eng., Vol. 36, No. 4, 576–585, (2012). DOI: https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2012.04.005
[2]. Z. Lu et al, “Two-degree-of-freedom displacement measurement system based on double diffraction gratings,” Meas. Sci. Technol., Vol. 27, No. 7 (2016). DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/27/7/074012
[3]. H. Hsieh, Pan S, “Three-degree-of-freedom displacement measurement using grating-based heterodyne interferometry,” Appl. Opt., Vol. 52, No. 27, 6840–6848, (2013). DOI: https://doi.org/10.1364/AO.52.006840
[4]. X. Li et al, “A six-degree-of-freedom surface encoder for precision positioning of a planar motion stage ,” Precis. Eng., Vol. 37, No. 3, 771–781, (2013). DOI: https://doi.org/10.1016/j.precisioneng.2013.03.005
[5]. C. C. Nshii et al, “A surface-patterned chip as a strong source of ultracold atoms for quantum technologies,” Nat. Nanotechnol, Vol. 8, 321–324, (2013). DOI: https://doi.org/10.1038/nnano.2013.47
[6]. Z. Yu et al, “Diffractive chips for magneto-optical trapping of two atomic species,” In CLEO, 7-8, (2020).
[7]. D. Lin et al, “High stability multiplexed fiber interferometer and its application on absolute displacement measurement and on-line surface metrology,” Opt. Express, Vol.12, No.23, 5729, (2004). DOI: https://doi.org/10.1364/OPEX.12.005729
[8]. Y. Yee et al, “PZT actuated micromirror for fine-tracking mechanism of high-density optical data storage,” Sensors Actuators, A. Phys., Vol.89, 166–173, (2001). DOI: https://doi.org/10.1016/S0924-4247(00)00535-5
[9]. G. Dai et al, “Metrological large range scanning probe microscope,” Rev. Sci. Instrum., Vol.75, No.4, 962–970, (2004). DOI: https://doi.org/10.1063/1.1651638
[10]. J. C. Montoya et al, “Doppler writing and linewidth control for scanning beam interference lithography,” J. Vac. Sci. Technol. B Microelectron Nanom. Struct., Vol.23, No.6, 2640–2645, (2005). DOI: https://doi.org/10.1116/1.2127938
[11]. H. Hsieh et al, “Two-dimensional displacement measurement by quasi-common-optical-path heterodyne grating interferometer,” Opt. Express, Vol.19, No.10, 185–191, (2011). DOI: https://doi.org/10.1364/OE.19.009770
[12]. K. C. Fan et al, “Displacement measurement of planar stage by diffraction planar encoder in nanometer resolution,” 2012 IEEE I2MTC – Int. Instrum. Meas. Technol Conf Proc (2012), 894–897.
[13]. W. Gao W, A. Kimura, “A Three-axis Displacement Sensor with Nanometric Resolution,” CIRP Ann. – Manuf. Technol., Vol.56, No.1, 529–532, (2007). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cirp.2007.05.126
[14]. 王世玮, “计量用二维光栅像差和衍射效率的优化及制作”. 北京：清华大学，(2016).
[15]. V. H. Wolferen, “Abelmann L. Laser interference lithography”. Hennessy T C. Lithography: Principles, Processes and Materials. Netherlands: Nova Science Publishers, Inc, (2011) p. 133–148.
[16]. M. E. Walsh, “On the design of lithographic interferometers and their application”. Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology, (2004).
[17]. S. Zhou et al, “Dual-comb spectroscopy resolved three-degree-of-freedom sensing,” Photon. Res., Vol.9, 243-251, (2021). DOI: https://doi.org/10.1364/PRJ.412898
[18]. L. Li, “Fourier Modal Method Gratings”, in Chap. 13 of Grating: Theory and Numeric Applications, 2nd rev. ed. Ed. Popov. E (2014).
[19]. V. Le et al, “A single collimating lens based dual-beam exposure system for fabricating long-period grating,” Opt. Commun., Vol.460, 125139, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2019.125139
