光學(xué)測(cè)量是一項(xiàng)利用光的性質(zhì)進(jìn)行精確測(cè)量的先進(jìn)技術(shù)。光學(xué)在精密測(cè)量中則是一個(gè)非常廣泛且重要的應(yīng)用，因?yàn)楣鈱W(xué)提供了非常優(yōu)秀的三維空間信息、精細(xì)而穩(wěn)定的控制手段以及精細(xì)而且高速的信號(hào)處理等優(yōu)勢(shì)。光學(xué)測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，使我們能夠在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、
航空航天和許多其他領(lǐng)域進(jìn)行更精確、高效的測(cè)量。
納米級(jí)長度和位移測(cè)量是光學(xué)精密測(cè)量領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)研究課題，在
半導(dǎo)體疊對(duì)誤差測(cè)量、精密對(duì)準(zhǔn)與跟蹤等方面具有關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)的光學(xué)干涉儀雖然可以實(shí)現(xiàn)納米及亞納米的測(cè)量精度，但系統(tǒng)復(fù)雜、易受環(huán)境干擾。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)光電子科學(xué)與技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微納光學(xué)與技術(shù)課題組教授王沛和副教授魯擁華在精密位移的光學(xué)感測(cè)研究方面取得新進(jìn)展，設(shè)計(jì)了一種光學(xué)超表面，將二維平面的位移信息映射為雙通道偏光干涉的光強(qiáng)變化，實(shí)現(xiàn)了平面內(nèi)任意移動(dòng)軌跡的大量程、高精度的非接觸感測(cè)。
此前，王沛、魯擁華課題組基于微納結(jié)構(gòu)光場(chǎng)調(diào)控技術(shù)發(fā)展出了一些位移感測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了亞納米的測(cè)量精度。但是這些一維位移測(cè)量技術(shù)在跟蹤面內(nèi)移動(dòng)的應(yīng)用中需要克服裝配誤差，限制了測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。為此，課題組進(jìn)一步提出了一種基于超表面光場(chǎng)調(diào)控的二維位移精密測(cè)量的光學(xué)新技術(shù)。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種超表面，不僅可以實(shí)現(xiàn)二維的光學(xué)衍射，且能夠同時(shí)定制每個(gè)衍射級(jí)次光場(chǎng)的偏振態(tài)，利用不同衍射級(jí)次組合的雙通道偏光干涉，同時(shí)記錄二維平面內(nèi)的任意位移。通過相位解算算法從雙通道偏光干涉光強(qiáng)中獲得高精度、大量程的二維位移信息。實(shí)驗(yàn)證明該位移測(cè)量技術(shù)的精度可以達(dá)到0.3納米，測(cè)量量程達(dá)到200微米以上。
研究人員介紹，該技術(shù)能夠同時(shí)測(cè)得二維位移信息，可有效被用于跟蹤二維平面內(nèi)的任意復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。課題組相關(guān)研究工作拓展了光學(xué)超表面的應(yīng)用領(lǐng)域，提升了精密位移光學(xué)傳感技術(shù)的可靠性和集成度，展示了超表面光場(chǎng)調(diào)控能力對(duì)傳統(tǒng)光學(xué)技術(shù)的賦能作用。
相關(guān)研究成果High-precision two-dimensional displacement metrology based on matrix metasurface于近日在線發(fā)表于《SCIENCE ADVANCES(科學(xué)進(jìn)展)》
參考來源：中國科學(xué)報(bào)
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