纳米测量光学实验
第十三章纳米测量技术
例：用AFM测量硅片表面不平度
图13-1
在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间 的势垒流向另一电极，这种现象即隧道效应，图13-1 示出了此效应的原理。
隧道电流I 是电子波函数重叠的量度，与针尖和 样品之间距离S和平均功函数Φ有关:
I ∝ Vb exp(− AΦ S )......................(13 − 1) Vb是加在针尖和样品之间的偏置电压，平均功函数
这些显微镜技术都是利用探针与样品的不同相互 作用来探测表面或界面在纳米尺度上表现出来的物 理性质和化学性质。 上述各类扫描探针显微镜，均由三部分组成： 1.纳米传感系统 2.三维扫描工作台及其测量控制系统 3.信息处理及图像分析系统
13-2 扫描隧道显微镜 扫描隧道显微镜(STM)
扫描隧道显微镜(STM)的基 本原理是利用量子理论中的隧 道效应，将原子尺度的极细探 针和被研究物质的表面作为两 个电极，当样品与针尖的距离 非常接近时(通常小于1nm)，
图13-5
图13-5(a)是接触模式下得到的SrTiO3表面溅射 淀积的YBa2Cu3O7～8薄膜，成像面积为0.8μm X0.8 μm 。从图中可以清楚地看到超导薄膜上的螺旋形错 位。图13-5 (b)是非接触模式下得到的硅[111]表面的 7X7原子构像。
实验： 测量硅片表面不平度(或者微透镜 实验：用AFM测量硅片表面不平度 测量硅片表面不平度 阵列冠高) 仪器：扫描探针显微镜SPM （光电国家实验室）
将针尖在样品表面扫描时运动的轨迹直接记录显 示出来，就得到了样品表面态密度的分布或原子排列 的图像。这种扫描方式可用于观察表面形貌起伏较大 的样品，且可通过加在z向驱动器上的电压值推算表面 起伏高度的数值，这是一种常用的扫描模式。 测量方式二： 测量方式二： 对于起伏不大的样品表面，可以控制针尖高度守恒 扫描，通过记录隧道电流的变化亦可得到表面态密度 的分布，见图13-2(b)。 这种扫描方式的特点是扫描速度快，能够减小噪音 和热漂移对信号的影响，但一般不能用于观察表面起 伏大于1nm的样品。
纳米测量光学实验
6. 纳米测量光学实验一、 实验目的和内容1． 建立纳米测量的概念，了解其实现方法。
2． 了解微弱振动监测的原理3． 利用笔束激光干涉法进行纳米量级的位移测量。
二、 实验基本原理1．位移的纳米测量方法纳米科学是在纳米（10-9m ）和原子（约10-8m ）的尺度上（1nm ～100nm ）研究物质的特性、物质相互作用以及如何利用这些特性的多学科交叉的前沿科学与技术。
纳米测量技术是纳米科学的一个重要分支。
用于纳米测量的笔束激光干涉仪原理如图1所示：激光器发出的激光，是甚细的准直激光束（称为笔束光），记其波前为U 0。
被分光镜4分为测量光束m I ~和参考光束r I ~。
这两笔束光分别经各自的直角棱镜反射后，被平行地反射回来并再一次到达分光镜4，但此时m I ~与r I ~已不再重合，而是存在一间距2d 。
经过分光镜4后，测量光束与参考光束平行入射至傅立叶变换（FT ）透镜8，并在FT 透镜8的后焦面上发生干涉，形成计量条纹。
干涉条纹被物镜10放大后成像于CMOS11上，通过图像采集卡输入计算机进行数据处理。
在CMOS 上干涉条纹的位移量x fX f =Mf λN/(2d)式中N 为条纹移动数，M 为物镜10的放大倍数，f 为FT 透镜8的焦距，2d 为测量光束与参考光束的空间间距，S 为测量镜的位移量。
从上式中知道，记录干涉条纹移动数，就可得到位移量，而测量的灵敏度完全取决于物镜放大率，FT 透镜的焦距和2d 。
当f 足够大2d 足够小（所以用笔束光的理由），就可以得到纳米量级灵敏度。
而该装置却很简单 2．微弱振动的纳米测量与监视四．振动测量是基于振动物体位移引起测量光波位相的调制，通过与参考光波发生干涉电接收装置将干涉信号转变为电信号，经过适当的电子学处理，求得振幅值。
激光入射光强I 0，经分光镜BS 后，一支光束射向参考镜M 1，光强为I 1，光程长l 1；另一支光束射向贴在振动台面上的测量反射镜M 2，光强为I 2，测量镜静止时光程长l 2。
纳米光学技术的基本原理和实验操作流程
纳米光学技术的基本原理和实验操作流程纳米光学技术是一种运用光学原理研究和操作纳米级尺度物质的科学技术。
它结合了纳米科学和光学技术的优势，可以对微观世界进行实时、非破坏性的观测和操控，为材料科学、生物医学、信息技术等领域的发展带来了新的机遇和挑战。
基本原理：纳米光学技术主要利用光的传播性质和与物质相互作用的特点，通过调控光的波长、强度和相位等参数，来实现对纳米级尺度物质的探测、成像和加工。
其中，主要包括以下几个基本原理：1. 表面等离子共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）：当光散射到金属纳米结构表面时，可以引发共振现象，即表面等离子共振。
利用这种现象，可以测量样品中等离子体积浓度、膜的厚度以及分子的亲和力等物理和化学信息。
2. 全息术（Holography）：通过利用光的干涉和衍射效应，将光的信息存储在照相底片或光敏材料上，形成全息图像。
利用全息术可以实现高分辨率的成像和三维重建，对纳米级尺度结构进行表征和研究。
3. 等离子体共振（Plasmon Resonance）：金属纳米颗粒具有独特的光学性质，当光与金属纳米颗粒相互作用时，可以产生等离子体共振现象。
例如，纳米金颗粒可以吸收和散射光，也可以通过改变光的频率或波长来调控等离子体共振的吸收和散射效应，从而实现纳米结构的探测和成像。
实验操作流程：进行纳米光学实验需要以下步骤和条件：1. 准备样品：根据实验目的选择和准备相应的纳米级尺度样品，可以是金属纳米颗粒、纳米材料薄膜或纳米生物分子等。
2. 光源选择：根据实验需求选择合适的光源。
常用的光源有氙灯、激光器和白炉等，其中激光器是常用的高亮度、高直流和单色性光源。
3. 光学系统搭建：根据实验需要搭建好合适的光学系统，包括光路调整、光学元件选择和安装等。
光学系统可以由准直器、物镜、滤光片、调制器等组成。
4. 数据采集与分析：根据实验设计选择合适的数据采集设备，例如像素均衡相机或光谱仪。
纳米粒度_实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解纳米粒度仪的基本原理和操作方法。
2. 学习纳米粒度分析在材料科学、生物医学等领域的应用。
3. 通过实验，掌握纳米颗粒粒径和分布的测量方法。
二、实验原理纳米粒度仪是一种基于动态光散射（DLS）原理的仪器，通过测量颗粒在液体中布朗运动的速度，从而确定颗粒的大小和分布。
实验过程中，激光照射到悬浮颗粒上，颗粒对光产生散射，散射光经过光学系统被探测器接收，通过分析散射光的时间变化，可以得到颗粒的粒径和分布信息。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：纳米粒度仪、激光光源、样品池、计算机等。
2. 试剂：纳米颗粒悬浮液、分散剂、滤纸等。
四、实验步骤1. 样品准备：将纳米颗粒悬浮液用滤纸过滤，去除杂质，确保样品的纯净度。
2. 仪器设置：打开纳米粒度仪，调整激光光源、样品池等参数，使仪器处于正常工作状态。
3. 样品测量：将处理好的纳米颗粒悬浮液注入样品池，设定测量时间，启动仪器进行测量。
4. 数据处理：将测量得到的数据导入计算机，利用纳米粒度仪自带软件进行数据处理，得到粒径和分布信息。
5. 结果分析：根据实验结果，分析纳米颗粒的粒径分布、平均粒径等参数，并与理论值进行对比。
五、实验结果与分析1. 纳米颗粒粒径分布：实验测得纳米颗粒的粒径分布如图1所示。
从图中可以看出，纳米颗粒的粒径主要集中在20-50nm范围内，符合实验预期。
图1 纳米颗粒粒径分布2. 纳米颗粒平均粒径：根据实验结果，纳米颗粒的平均粒径为30.5nm，与理论值相符。
3. 纳米颗粒分散性：实验测得纳米颗粒的分散性较好，说明样品在制备过程中未发生团聚现象。
六、实验讨论1. 实验过程中，纳米颗粒的粒径分布和平均粒径与理论值相符，说明实验方法可靠，仪器性能稳定。
2. 实验结果表明，纳米颗粒的分散性较好，有利于其在材料科学、生物医学等领域的应用。
3. 在实验过程中，应注意样品的制备和仪器操作，以保证实验结果的准确性。
七、结论本次实验成功测量了纳米颗粒的粒径和分布，验证了纳米粒度仪在材料科学、生物医学等领域的应用价值。
纳米颗粒实验技术中的尺寸测量与误差控制方法
纳米颗粒实验技术中的尺寸测量与误差控制方法近年来，纳米技术的迅猛发展为科学研究和工业应用带来了巨大的机遇与挑战。
在纳米领域中，对纳米粒子的尺寸进行准确测量和误差控制是十分关键的，因为颗粒的大小对其性质和应用有着重要影响。
本文将探讨一些常用的纳米颗粒尺寸测量方法以及误差控制方法。
一、光学显微镜测量光学显微镜是一种常见的纳米颗粒尺寸测量工具。
通过观察在显微镜下的纳米颗粒图像，可以估算其粒径。
但是，由于光学显微镜的分辨率有限，只能对大约100纳米以上的颗粒进行粗略测量。
此外，颗粒的形状和折射率对测量结果也会产生影响。
为了提高测量精度，科学家们还开发了一些显微镜技术的改进方法。
例如，透射电子显微镜（TEM）可以提供更高的分辨率，使得可以观察到纳米颗粒的细节。
同时，通过TEM技术还可以将样品进行投影处理，从而得到更为准确的尺寸结果。
二、扫描电子显微镜测量扫描电子显微镜（SEM）是一种对纳米颗粒进行表面形貌和尺寸测量的重要工具。
SEM利用电子束和样品之间的相互作用，通过检测反射和散射的电子信号来建立颗粒图像。
与光学显微镜不同，SEM具有更高的分辨率，可以检测到更小的颗粒，同时样品的形貌信息也可以得到更为详细的展示。
然而，SEM也有其局限性。
首先，由于电子束与样品的相互作用，样品需要通电处理，这可能会导致颗粒形貌的失真。
其次，样品表面的带电效应会影响电子信号的检测，从而对尺寸结果产生一定的误差。
因此，在SEM测量中需要采取合适的样品处理和检测方法以降低误差。
三、动态光散射测量动态光散射（DLS）技术是一种测量纳米颗粒尺寸和分布的重要方法。
该技术通过测量散射光的强度和波长分布来推断颗粒的尺寸。
与显微镜技术不同，DLS 可以同时测量大量的颗粒，因此能够提供更准确的尺寸分布信息。
然而，DLS也存在一些限制。
首先，DLS仅适用于液体中颗粒尺寸的测量，对于固体颗粒需要先进行分散处理。
其次，DLS对颗粒形状的敏感度较高，不同形状的颗粒可能导致不同的测量结果。
牛顿环实验在光学薄膜纳米结构设计与优化中的应用
牛顿环实验在光学薄膜纳米结构设计与优化中的应用光学薄膜纳米结构是一种具有特殊光学性质的材料，广泛应用于传感器、显示器、光电子器件等领域。
而牛顿环实验是一种常见、传统的光学实验方法，可以用来测量光学薄膜的厚度以及检测其质量。
本文将介绍牛顿环实验在光学薄膜纳米结构设计与优化中的应用。
一、牛顿环实验的原理及方法牛顿环实验是基于干涉现象的光学实验方法。
其原理是利用两个平行玻璃面之间的干涉现象，通过观察干涉环的形状和颜色变化来推断材料的性质和厚度。
具体的实验方法为，将一块光学薄膜置于平行玻璃板之间，使其与外界环境隔离。
然后，在光学薄膜上方垂直投射一束单色光，观察在平行玻璃板上形成的干涉环。
二、牛顿环实验在光学薄膜厚度测量中的应用牛顿环实验在光学薄膜厚度测量中有着重要的应用。
传统的光学薄膜厚度测量方法通常需要复杂的仪器和实验步骤，而牛顿环实验则可以简化这个过程。
通过观察干涉环的直径和颜色变化，可以推断出光学薄膜的厚度，实现了对光学薄膜厚度的快速、准确测量。
三、牛顿环实验在光学薄膜纳米结构设计中的应用除了在光学薄膜厚度测量中的应用，牛顿环实验还在光学薄膜纳米结构设计中发挥着重要的作用。
光学薄膜纳米结构的设计目的是通过调控其光学性质来实现特定的功能。
通过利用牛顿环实验，可以对光学薄膜纳米结构进行优化设计。
例如，在太阳能电池中，可以通过调整光学薄膜的厚度和折射率，提高光吸收效率和电池的光电转换效果。
四、牛顿环实验在光学薄膜纳米结构优化中的应用除了在光学薄膜的设计中的应用，牛顿环实验还在光学薄膜纳米结构优化中发挥着重要的作用。
通过观察牛顿环的形状和颜色变化，可以判断光学薄膜的性能和质量。
在光学薄膜纳米结构的制备过程中，通过观察和调整牛顿环的形态，可以对光学薄膜的制备条件进行优化，提高光学薄膜的质量和性能。
综上所述，牛顿环实验在光学薄膜纳米结构设计与优化中具有重要的应用价值。
通过牛顿环实验可以快速、准确地测量光学薄膜的厚度，同时可以对光学薄膜的纳米结构进行优化设计和制备优化。
纳米材料的光谱测量
纳米材料是指其特征尺寸为 1～100nm 范围内的材料, 其中包括纳米粉体材料, 纳米复合材料,纳米( 结构) 薄膜和纳米结构块体材料等。
研究表明, 纳米粒子具有许多特异性能, 例如: 量子尺寸效应、表面效应、晶场效应等, 使处于表面态的原子、电子与处于内部的原子、电子行为相比有很大差别, 从而导致纳米微粒具有同种宏观体材料所不具备的新的光学特性, 主要表现为宽频带强吸收, 红移、蓝移现象。
目前, 对这些特异现象的基础研究和应用开发已成为纳米材料研究领域的热点之一, 引起科学界的广泛关注, 在这方面研究主要集中在纳米氧化物, 本文将综合分析和介绍这方面的研究进展, 指出该领域的前沿问题。
1. 分子光谱吸收机理分子吸收光谱根据吸收电磁波范围分为红外吸收光谱、紫外—可见吸收光谱。
分子吸收光谱是研究材料分子结构及其它有关性质的基本方法, 因材料的分子结构直接影响分子吸收光谱的基本吸收和吸收位置的变化, 反过来其基本吸收和吸收位置的变化也同样反映出材料分子结构的变化。
以下先从红外吸收光谱、紫外—可见吸收光谱的吸收机理来分析引起分子吸收光谱红移、蓝移。
红外光谱是分子吸收红外辐射后引起分子振动和转动能级跃迁所产生的( 只有远红外波段才涉及部分转动能级的跃迁, 为具有普遍性, 本文以振动为主进行讨论) 。
红外吸收光谱的红移、蓝移实质上是分子振动频率增大或减小, 表现出来的就是分子振动能级变窄或变宽; 其中, 分子振动频率可用分子振动方程确定; 对于双原子分子可以把键的振动近似为谐振子的振动, 其振动方程为:)(/21v HZ μκπ= ……………………… …… 其振动能量的量子力学表达式为:)(/2)21n eV h E μκπ+=（震动 ……………………式中 v(Hz)为振动频率, E 振动( eV) 为振动能级,n 为能级量子数, k(N/cm)为化合健力常数( 化合健强度) , μ(u)为两个原子折合质量。
物理实验中的纳米光学技术及其应用
物理实验中的纳米光学技术及其应用近年来，纳米光学技术作为一种先进的实验手段，已经在物理学领域引起了广泛的关注。
通过纳米尺度下的光学测量和操控，人们得以揭示微观领域中的种种现象，同时也为材料科学和生物医学等领域的应用带来了新的可能性。
一、纳米光学技术的原理和方法纳米光学技术的核心在于对纳米尺度下的光学现象进行研究和利用。
其基本原理是通过使用纳米级的结构或器件，控制光的传播和相互作用行为。
从而实现对物质微观性质的观测和操控。
在实验中，人们常常使用扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)等高分辨率显微镜技术，将探测光纳米级尺度下的物理量，如光的强度、相位、极化状态等。
利用非线性光学效应，可以进一步扩展这些纳米光学探测手段的应用。
二、纳米光学技术的应用领域纳米光学技术在物理学以及其他科学领域的应用极其广泛。
以下将介绍几个典型的应用案例。
1. 纳米光子学器件纳米光学技术为制备高性能和高效率的纳米光子学器件提供了新的思路。
通过精确控制纳米级结构的形貌和材料性质，可以实现光场增强、光波导、光谱调制等功能。
这些器件在光信息传输、激光加工和光电子学等方面具有重要的实际应用价值。
2. 纳米材料的光学性质研究纳米材料表面的局域光学性质与宏观材料存在很大差异。
通过纳米尺度下的光学测量，可以研究这些纳米材料的特殊光学行为。
例如，人们可以通过观测纳米结构表面等离子体共振现象，探索纳米材料的量子效应和表面等离子激元耦合等现象。
3. 生物医学领域的应用纳米光学技术的高分辨率和高灵敏度为生物医学领域的疾病检测和治疗提供了新的手段。
例如，通过纳米光学技术可以实现对单个生物分子的检测，用于早期癌症的诊断。
此外，纳米粒子的表面增强拉曼散射技术被广泛应用于细胞成像和分析等领域。
三、纳米光学技术面临的挑战和展望尽管纳米光学技术取得了一系列研究和应用上的突破，但仍然面临一些挑战。
首先，纳米级结构的制备和测量技术需要更高的精度和可控性。
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式中，N是光强变化的频率与振动台振动频率之比（即波形走一周期中条纹的移动数）。
【实验步骤】
1、按照图二所示放置好实验装置，然后打开激光器,先置在3档，待激光发射出后再置回1档。调整光路要通过的小孔,使整个光路通常无阻.
2.调节各部分的仪器共轴,并且使两个反射镜反射出来的两束光中最亮的一束重合,方法是先挡住一个反射镜让最亮的光通过小孔光阑，再挡住另一个反射镜让最亮的光通过小孔光阑。
3.30712
Slope
-1.19328
0.02448
根据相关系数Adj. R-Square=0.9979.可以认为PTZ与 的关系是线性的。残差图如下图五。可以看到，各个量与均方根值之间的偏差量不大，最大的量也与 相差2个量级，故可以认为数据的拟合程度很高。
图五拟合残差图
根据拟合得到的斜率与截距，建立条纹移动量 与PTZ电压之间的定标函数：
斜率代表单位电压内条纹的位移量根据公式（1）我们可以反推出待测镜的位移量s与PTZ电压的关系式：
=
由上述2拟合公式可以知道，如若PTZ压电陶瓷的可调电压为1mV，则条纹位移的可辨识位移为1.19 。同时待测镜的可调范围是1.99nm，即达到了纳米级的灵敏度。
2、微弱振动的纳米测量与监视
测得的数据如下：
(6)
为条纹移动数量。
条纹移动距离 由公式（1）得到。
我们可以对条纹移动量 和电压间做定标。
做PTZ电压V与条纹移动量 之间的散点图，为（图三示）：
图三PTZ- 散点图
观察可认为PTZ电压与条纹移动量之间是有线性关系的，对上图做线性拟合。得到拟合曲线如下图四：
图四PTZ- 拟合曲线图
拟合数据如下表二
158.2
155.036
其中振幅 ，由公式（5）计算得到。
由数据可以知道，在不同的周期调整量 下，其条纹移动数除了初始与结束有变化之外，其条纹移动量是基本不变的。说明条纹移动量不随周期调整量的变化而变化。
我们固定一个便于观察与数据记录的周期调整量（ =2500），记录5次试验得到的条纹周期初始与结束，得到条纹移动数N。条纹在一个周期内的移动量N的平均值由公式算得：
（1）采用各种减震隔离装置，包括气浮式、电磁式和机械式隔离系统。一方面减小外界振动对测量系统的影响，另一方面将测量系统的振动固有频率远离振动源的频率。
（2）保持实验室的室温恒定，减少由于光程差随伟大变化而带来的误差。
（3）采取措施，减少空气扰动的影响。
为此，测量时须注意遵循以下的原则：1、共光路系统原则；2、补偿原则；3、减少受影响的光路原则；4、减少杂散光原则；5、交流调制放大原则。
2、什么叫笔束激光？为什么纳米测量要用笔束激光？
答：笔束激光是指光斑直径甚细的准直激光束。在纳米测量中采用笔束激光束是因为CCD上干涉条纹的位移量为 ，其中 为待测光束与参考光束的间距，放大镜放大倍数为 ，成像透镜焦距为 。在 与 已确定的时候， 的减小意味着CCD上斑纹移动更明显，则可以测出更小的位移，从而提高测量精度，实现纳米测量。而要使 足够小，就需要激光束的光斑直径小，因此要采用笔束光。
二、实验讲义中对待测镜的位移s、光程差 ，以及待测镜的位移振幅 之间的关系没有很清楚的说明。这会导致对其定义的错乱，从而使学生在定标的时候无从下手。个人所理解的公式如下：
个人建议，在讲义中对这些量做相关的声明或者赋予公式定义，使学生在处理实验时有明确的公式可以使用。
【思考】
1、什么是纳米科学？研究光学纳米测量技术有何意义？
3.打开电脑,启动CCD扫描设备,这时细细调节两个反射镜的底座,使干涉条纹出现在电脑屏幕上;然后调节CCD镜头,使出现在屏幕上的条纹清晰整齐,并且充满整个显示屏.
实验装置如图二所示：
图二：共焦实验装置图
4.对压电陶瓷PZT输入直流电压，使PZT轴向移动三角镜。不断变换电压值,观察条纹平移情况，并将结果记录在表一中
表2不同周期调整量的微弱振动的纳米测量
周期调整量
1000
1500
2000
2500
3000
条纹移动数最小值
-1.9
-3.1
-1.3
-3.0
-2.4
条纹移动数最大值
0.1
-1.1
0.7
-1.0
-0.4
周期移动数N
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
振幅 /nm
158.2
158.2
158.2
158.2
158.2
中山大学光信息专业实验报告：纳米光学测量实验
实验人：何杰勇合作人：徐艺灵 组号B13
（2014年4月17日星期四）
【实验目的】
1.建立纳米精度测量的概念，了解其实现方法。
2.掌握利用笔束激光干涉法进行纳米精度的位移和振动测量的方法。
【实验仪器】
实验用具：激光器、平面反射镜、棱镜反射镜、CMOS光电接受器、可调光阑、半反射镜、物镜、压电陶瓷及控制电源。
本实验使用的是笔束激光干涉法，它是一种经过改良后的光学干涉法，测量精度也可达
到纳米量级，其原理图如图1所示：
图1笔束激光干涉仪原理图
激光器发出的是光斑直径甚细的准直激光束，即笔束光，记其位相分布为 ，半反射镜将笔束光分为待测光束和参考光束。这两笔束光分别经待测反射棱镜和参考反射棱镜反射后，回到半反射镜后，待测光束与参考光束已不再重合，而是存在一定的间距2d。透过半反射镜后，待测光束与参考光束平行入射到成像透镜，并在成像透镜的后焦面上重合发生干涉，形成干涉条纹。如图1，因为成像透镜的后焦点恰好与物镜的前焦点重合于小孔光阑处，这使干涉条纹被物镜放大成像于CCD上，既增大了干涉条纹的分辨率，又减少了杂散光的影响。所以在CCD上干涉条纹的位移量为：
【参考文献】
1.赵凯华《光学》高等教育出版社
2.李直、赵洋、李达成《用于微位移测量的笔束激光干涉仪》光学技术2001年5月
表3周期调整量为2500时微弱振动的纳米测量
测量次数
1
2
3
4
5
平均值
条纹移动数最小值
-0.9
-1.0
-1.1
-1.0
-1.0
-1.0
条纹移动数最大值
-2.9
-2.9
-3.0
-3.0
-3.0
-2.96
周期移动数N
2.0
1.9
1.9
2.0
2.0
1.96
振幅 /nm
158.2
150.29
150.29
158.2
110
140
170
200
条纹移动数n
0
-0.4
-0.8
-1.2
-1.5
-1.9
待测镜位移量s（nm）
0
-126.56
-253.12
-379.68
-474.6
-601.16
条纹移动距离 ( m)
027.808
-284.76
-360.696
其中待测镜位移量s是根据条纹移动一条时光程差相差半波 。即为公式（6）
表二拟合情况表
Equation
y = a + b*x
Weight
No Weighting
Residual Sum of Squares
37.75538
Pearson's r
-0.99916
Adj. R-Square
0.9979
Value
Standard Error
条纹移动量Xf
Intercept
57.404
3、为什么图2要采用这样的仪器结构？各器件对精确测量有什么优点？
答：采用这样的仪器结构，目的就是提高测量精度，减少误差。半反射镜体现了共光路系统原则，即要得到干涉图像，需要有两束同频率、同相位、同偏振的激光束，得到这样两束最好的方法就是将一束激光通过半反射镜一分而二；采用参考三角反射镜和和待测三角反射镜是体现了补偿原则，即为这两束相干光提供一定的光程差；采用光阑可以减小受影响的光路以及减少杂散光，物镜将干涉条纹放大后再成像于CCD上，增大了干涉条纹的分辨率，提高了实验系统的精度和灵敏度，此外，由于CCD存在域值设定也可以减少噪声光的影响。
标准偏差为
于是可以得到条纹移动数N为：
而又公式（5）可以得到振动台振幅 均值为：
由误差传递公式， 标准偏差为：
于是可以得到振动台振幅 为：
相对误差
误差很小，可以认为该试验环境下得到的振动台振幅是稳定的。
【总结与分析】
1.实验通过控制PTZ压电陶瓷所加的电压大小，实现极小距离的位移，然后经过笔束干涉仪得到一套由于位移产生的光程差所得到的干涉图样，经过放大后可以在CCD面板接收，最终到了计算机终端得到图样。这样子即实现了位移的放大，得到纳米级别的测量，同时也可以对其做实时位移监测。
【改进建议】
一、实验1与实验2之间的关联性基本为0，为了实验数据处理的连贯性。个人建议可以把实验改进为：
1.定标PTZ电压与待测镜的位移量s的关系，得到定标公式；
2.给予PTZ一个正弦波交流电压，（软件需要保证可以测得振幅 ），记录半个振荡周期（即电压从最大值扫描至最小值）内的条纹移动总量N，以及记录电压的振幅 ，根据定标曲线计算得到s，即可得到待测镜的位移振幅 。然后验证公式（5）中的常数1/8。
【实验原理】
1、位移的纳米测量方法
纳米测量技术指尺度为0.01nm～100nm的测量技术.
目前能够进行纳米测量的方法主要有：非光学方法和光学方法两大类。
前者包括：SPM法和电容、电感测微法；后者包括X光干涉仪法、各种形式得激光干涉仪法、和光学光栅等方法。
纳米测量过程还需要建立一个合适的纳米测量环境，以便提高测量精度，减少误差。所以我们必须注意
答：纳米科学是上世纪80年代起，逐步发展独立起来的新学科，主要研究纳米材料和纳米技术两方面的科技问题。纳米科学是在纳米（ ）和原子（约 ）的尺度上（即 ）研究物质的特性、物质之间相互作用，以及应用这些特性的多学科交叉的前沿科学与技术。纳米科学的最终目标是直接用原子、分子制成纳米尺度的物质，并利用纳米尺度物质出现的特异性能，制成具有特定功能的产品，实现生产方式的大飞跃。