1. 研究目的与意义（文献综述）

在测量技术中，通过检测微小位移量可有效获得如振动、压力、应变、加速度和流量等多种物理量，所以该技术一直是物理研究关注的热门对象。而随着科技水平的不断提高和工业生产力的持续发展，微小位移量的检测在表面测量、材料监测、工业精密仪器、精密实验装置及军用特种需求等众多应用领域也开始起着越来越重要的作用。尤其是在机械超精加工领域，对微小位移的高精度测量是其实现的重要前提和基础。目前，超精加工在国际上已进入纳米新时代，对微小位移量检测的要求已不再局限于微米、亚微米量级。传统的机械法、光学法、电学法、气动法等，设计时一般只考虑到微米级测量的需要,不加改进就很难适应纳米及亚纳米级测量的需要。另一方面，现代精密加工要求位移测量技术能在比较宽的量程上有极高的分辨率和很高的精度，尽快研究开发出全新的微小位移测量技术已成为众多尖端科技领域的迫切要求。

1981年，国际商用机器公司(ibm)苏黎世实验室的binnig和rohrer发明了扫描隧道显微镜(scanning tunnelingmicroscope，stm)，并利用该设备首次得到了硅晶体表面的清晰原子图像，这一发明于1986年获诺贝尔物理学奖。1986年g.binnig等人将stm与探针式轮廓仪结合发明出原子力显微镜(afm)，其在空气中测量可达到横向精度3 nm和垂直方向0.1nm的分辨率。另外，美国加州大学的亚历山大等人利用光杠杆法实现的afm首次获得了原子级分辨率的表面图像，德国则研制了电容式位移控制微悬臂afm。此外还可利用各类干涉仪，通过干涉信号获得表面的信息，达到纳米级的测量精度。如日本yoshida纳米机械项目就利用激光干涉仪测距，其实验装置具有1nm的测量控制精度。英国warwick大学则利用x射线干涉仪对长度标准用波长来细分，并依此作为校正精密位移传感器的一种亚纳米尺度。

我国对该技术的发展也相当重视，国内各科研院所、高等院校近几年来也相继开展了纳米级微小位移测量技术的研究。清华大学、南昌大学等联合采用扫描探针显微镜对高精度纳米和亚纳米量级光学超光滑表面的粗糙度和微轮廓进行了测量研究。清华大学李达成等研制了在线测量超光滑表面粗糙度的激光外差干涉仪。中国科学院半导体研究所与化学研究所也在这方面做了大量工作，他们在国产的kyky-1000b型扫描电子显微镜上开发了一种袖珍型扫描隧道显微镜，其分辨率约为1nm。而为解决电感、电容、光栅、容栅、涡流等传感器的检测标定，特别是分辨率优于0.01μm传感器检测，上海市计量技术研究所应用双频激光偏振干涉的原理，研制出纳米级位移测量仪。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：

微小位移测量系统具有精度高，非接触，实时监测，范围大等特点，广泛应用于生活和生产中。较显微测量方法和电学测量方法而言，光杠杆法具有实验现象直观，所用仪器相对较少，成本较低，可以广泛应用于各种领域。本论文拟在光学仿真的基础上，利用光学比较仪原理搭建测量系统。研究结果可为微小位移测量系统的应用提供一定的参考价值。

目标：

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解微小位移的测量理论和光学仿真的基本知识。确定方案，完成开题报告。

第4－8周：明确微小位移的测量理论，利用光学设计软件完成理论仿真。

第9－13周：完成微小位移测量系统的测量实验，并进行验证分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 刘晓旻, 吴宇, 张攀峰, 等. 光杠杆式nm级微位移激光测量系统的研究[j]. 光电子·激光, 2006, 17(8):969-973.

[2] 周光明, 吴禹, 鲍丙豪, 等. 基于光杠杆原理的微位移测量系统设计[j]. 信息技术, 2015, 3:36-39.

[3] shafir e, berkovic g. opticalmethods for distance and displacement measurements[j]. advances in optics amp;photonics, 2012, 4(4):441-471.