激光干涉測(cè)量是實(shí)現(xiàn)超精密測(cè)控和微納尺度測(cè)量的最有效手段之一，是保障可溯源納米測(cè)量的重要途徑，也是邁向計(jì)量強(qiáng)國(guó)、制造強(qiáng)國(guó)不可或缺的關(guān)鍵計(jì)量測(cè)試技術(shù)。

記者獲悉，在國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”（02專(zhuān)項(xiàng)）和國(guó)家自然科學(xué)基金儀器專(zhuān)項(xiàng)等項(xiàng)目支持下，由清華大學(xué)李巖、尉昊赟、吳學(xué)健、張弘元、張繼濤、趙世杰、朱敏昊、黃沛、任利兵、楊宏雷完成的“高測(cè)速多軸高分辨力激光干涉測(cè)量技術(shù)與儀器”項(xiàng)目，針對(duì)光刻機(jī)工件臺(tái)超精密定位、基礎(chǔ)計(jì)量測(cè)量和高端儀器應(yīng)用中對(duì)激光干涉儀高動(dòng)態(tài)、高分辨力、跨尺度和可溯源等測(cè)量需求，深入開(kāi)展測(cè)量原理、方法和測(cè)量系統(tǒng)儀器化中的共性科學(xué)技術(shù)問(wèn)題研究，突破一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，形成了測(cè)量新方法、系統(tǒng)及儀器。

日前，“高測(cè)速多軸高分辨力激光干涉測(cè)量技術(shù)與儀器”項(xiàng)目獲得2018年度中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人清華大學(xué)長(zhǎng)聘教授、精密儀器系學(xué)術(shù)委員會(huì)主任李巖介紹，項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了從干涉儀組件、信號(hào)探測(cè)解調(diào)到多自由度探測(cè)方案設(shè)計(jì)的全鏈條自研開(kāi)發(fā)的高測(cè)速、多軸大量程、高分辨力激光干涉測(cè)量系統(tǒng)，其顯著特色在于：針對(duì)光刻機(jī)等苛刻測(cè)量環(huán)境中實(shí)現(xiàn)多自由度干涉測(cè)量的需求，提出基于棱鏡誤差矢量分析的單體集成多軸干涉儀組件設(shè)計(jì)方法，研發(fā)出從2軸到5軸的系列化單體式多軸干涉儀組件，打破國(guó)外企業(yè)的壟斷和對(duì)我國(guó)的出口限制；針對(duì)高測(cè)速納米分辨干涉測(cè)量需求，提出一種時(shí)延分辨整小數(shù)結(jié)合相位解調(diào)方法和一種基于數(shù)字頻率合成的差分正交相位解調(diào)方法，研發(fā)出最大測(cè)速達(dá)2m／s，分辨力0.3nm，測(cè)量范圍＞20m，數(shù)據(jù)壽命不確定度＜1ns的多通道干涉信號(hào)解調(diào)模塊；提出了一種三真空管構(gòu)建等效合成波長(zhǎng)鏈氣體折射率測(cè)量方案，實(shí)現(xiàn)了空氣折射率誤差補(bǔ)償，突破了空氣折射率對(duì)光學(xué)干涉測(cè)量精度的限制。

項(xiàng)目還提出了光頻可溯源系列化激光干涉精密測(cè)長(zhǎng)方法，主要包括：研制出光頻可溯源至米定義譜線的非線性抑制亞納米分辨可溯源外差干涉儀，實(shí)現(xiàn)非線性誤差在0.1nm量級(jí)的外差干涉測(cè)量；建立了一套光頻可溯源的THz寬帶、kHz量級(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn)差的激光輸出調(diào)諧控制系統(tǒng)，提出光學(xué)頻率梳參考激光頻率掃描干涉測(cè)量和任意等頻率間隔相移干涉相位測(cè)量相融合的整小數(shù)結(jié)合測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)高精度絕對(duì)距離測(cè)量；提出并建立了一套可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器諧振峰鎖定F－P干涉測(cè)量系統(tǒng)，將位移變化的測(cè)量直接轉(zhuǎn)化為輸出光的光頻變化的可溯源測(cè)量，原理上沒(méi)有非線性，且具計(jì)量意義的納米測(cè)量能力和跨尺度pm量級(jí)絕對(duì)距離測(cè)量能力。

據(jù)悉，上述系列化研究成果獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利20余項(xiàng)，發(fā)表SCI收錄論文30余篇，并作為清華大學(xué)重要科研成果入選“國(guó)家十二五科技創(chuàng)新成就展”。成果豐富了激光干涉測(cè)量理論與技術(shù)，提升了干涉測(cè)量的性能指標(biāo)，擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域。以本項(xiàng)目研究為基礎(chǔ)研制的干涉儀組件及測(cè)量系統(tǒng)在先進(jìn)裝備研發(fā)、高端科學(xué)儀器開(kāi)發(fā)和科學(xué)研究等領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用和推廣。

截至目前，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的光刻機(jī)用雙頻激光干涉儀系統(tǒng)，成功應(yīng)用到我國(guó)自研光刻機(jī)工件臺(tái)樣機(jī)研發(fā)過(guò)程中，累計(jì)應(yīng)用50余臺(tái)套，很好的滿足了光刻機(jī)雙工件臺(tái)樣機(jī)的精密測(cè)量需求，支撐了國(guó)內(nèi)光刻機(jī)用雙頻激光干涉儀能力的形成，減輕了對(duì)國(guó)外高端干涉儀的依賴(lài)，降低了其產(chǎn)品對(duì)我國(guó)出口限制所造成的研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，有力保障了光刻機(jī)雙工件臺(tái)研發(fā)的順利實(shí)施，對(duì)研發(fā)我國(guó)自主的高性能光刻機(jī)工件臺(tái)起到了重要的技術(shù)支撐作用。該項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)突破形成的激光干涉信號(hào)解調(diào)模塊成功應(yīng)用到國(guó)產(chǎn)高端儀器激光測(cè)振儀中，幫助國(guó)內(nèi)企業(yè)提升了產(chǎn)品性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，打破國(guó)外公司在國(guó)際激光多普勒測(cè)振領(lǐng)域的壟斷地位。目前產(chǎn)品已成功應(yīng)用到航空航天、汽車(chē)制造、機(jī)床檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域，成為提升中國(guó)制造產(chǎn)品質(zhì)量的有力支撐工具。

李巖表示，該項(xiàng)目研究的亞納米分辨力可溯源外差干涉儀，成功應(yīng)用到激光多維測(cè)量系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)的比對(duì)檢定研究中，找出了激光多維測(cè)量系統(tǒng)非線性誤差原因，并用專(zhuān)門(mén)的電路加以校正，提高了相關(guān)單位激光多維測(cè)量系統(tǒng)的性能。所提出的可溯源干涉測(cè)量新方法，為摩爾單位采用阿伏伽德羅常數(shù)重新定義做出了貢獻(xiàn)。應(yīng)用到用單晶硅球直徑的高精度測(cè)量，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室條件下直徑（約93mm）測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度5nm。相關(guān)成果被國(guó)際專(zhuān)家評(píng)為《測(cè)量科學(xué)技術(shù)》2013年度杰出論文精密測(cè)量獎(jiǎng)，是國(guó)內(nèi)單位首次獲得這一獎(jiǎng)項(xiàng)。