Спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб’єктів

Реферат: Винахід належить до області вимірювальної техніки і може бути використаний при створенні високоточних вимірювачів лінійних розмірів нанооб'єктів. Спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкта, в якому спочатку підводять голку кантелівера до початкової точки нанооб'єкта, встановлюють дев'яностоградусний фазовий зсув 0 між першим та другим когерентними потоками оптичного випромінювання, затримують перший потік оптичного випромінювання на час по фазі на t0 , що відповідає фазовому зсуву ({01 }  {0 }  {0 }) 0 , нелінійно складають зсунуті перший та другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють перший сумарний потік оптичного випромінювання у напругу інформацію про фазовий зсув 01 , вимірюють напругу Uн1 Uн1 , що містить і запам'ятовують її значення. Далі UA 104761 C2 (12) UA 104761 C2 затримують другий потік оптичного випромінювання на той же час t0 , що відповідає фазовому зсуву 0 , нелінійно складають зсунуті по фазі на 02 ({01}  {0 }  {0 }) перший та другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють другий сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн2 , що містить інформацію про фазовий зсув 02 , вимірюють напругу Uн2 і запам'ятовують її значення. Виключають дев'яностоградусний фазовий зсув 0 між когерентними потоками оптичного випромінювання, встановлюють голку кантелівера з дзеркалом в кінцеву точку нанооб'єкта, тобто на відстані l x від початкової точки, що відповідає внесенню фазового зсуву  x між першим та другим когерентними потоками оптичного випромінювання. Затримують перший потік оптичного випромінювання на час 0 t0 , що  x1 ({x1}  {x }  {0 }) відповідає фазовому зсуву , нелінійно складають зсунуті по фазі на перший і другий потоки оптичного випромінювання. Перетворюють третій сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн3 , що містить інформацію про фазовий зсув  x1 , вимірюють напругу Uн3 і запам'ятовування її значення. Затримують другий потік оптичного випромінювання на той же час t0 , що відповідає фазовому зсуву 0 , нелінійно складають зсунуті по фазі на x2 ({x2 }  {x }  {0 }) перший і другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють четвертий сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн4 , що містить інформацію про фазовий зсув x2 , вимірюють отриману напругу Uн4 , запам'ятовують її значення, а про дійсне значення лінійного розміру нанооб'єкта судять за апріорі виведеним рівнянням надлишкових вимірювань. Винахід забезпечує автоматичне виключення систематичних похибок вимірювання, а при багаторазових вимірюваннях зменшує ще й випадкову складову похибки. UA 104761 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до вимірювань лінійних розмірів нанооб'єктів і може бути використаний при створенні цифрових вимірювачів лінійних розмірів нанооб'єктів. Відомий спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкта, (див., наприклад, "Методики и средства измерений линейных размеров в наноразмерном диапазоне". Электронный ресурс: http://nanophotonica.subnano.ru/Metamat/mm_55_56.pdf), заснований на візуалізації нанооб'єкту і голки канте-лівера, що розміщується напроти заданих початкової та кінцевої точок нанооб'єкта, лінійний розмір l x між якими підлягає вимірюванням, на явищі інтерференції, тобто нелінійного складання двох, близьких (не рівних) за потужністю ({01} ~ {02 }) монохроматичних когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за  значенням довжини хвилі  0 та похибкою п ({п }  0) встановлення нульового фазового зсуву, обумовленою різницею оптичної довжини шляху проходження першого та другого когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за значенням відстані, внесенні вимірювального фазового зсуву, нелінійному складанні зсунутих по фазі першого і другого потоків оптичного випромінювання, перетворенні сумарного потоку оптичного випромінювання у напругу, що містить інформацію про фазовий зсув, вимірюванні напруги, запам'ятовуванні її значення, визначенні значення шуканого фазового зсуву відомим способом, запам'ятовуванні отриманого результату з наступним визначенням лінійних розмірів нанооб'єкта за відомим рівнянням вимірювань. Відомому способу притаманна недостатня точність вимірювань, обумовлена: нерівністю потужностей сформованих когерентних монохроматичних потоків оптичного випромінювання, впливом чутливості оптико-електронного каналу та її варіації, а також дрейфу нуля, тобто параметрів функції перетворення оптико-електронних каналів та їх нестабільності на результат вимірювання лінійних розмірів нанооб'єкта, впливом неідентичності функцій перетворення оптико-електронних каналів тощо. Відомий спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкта, (див., наприклад, Патент РФ № 2016379, МПК G01В09/021, G01В11/00. Довгаленко Георгий Евгеньевич. Способ определения перемещений и адаптивный голографический інтерферометр), заснований на візуалізації нанооб'єкта і голки кантелівера, що розміщується напроти заданих початкової та кінцевої точок нанооб'єкта, лінійний розмір l x між якими підлягає вимірюванням, на явищі інтерференції, тобто нелінійного складання двох, близьких (не рівних) за потужністю ({01} ~ {02 }) монохроматичних когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за  значенням довжини хвилі  0 та похибкою п ({п }  0) встановлення нульового фазового зсуву, обумовленою різницею оптичної довжини шляху проходження когерентних першого та другого потоків оптичного випромінювання нормованої за значенням відстані, внесенні вимірювального фазового зсуву, нелінійному складанні зсунутих по фазі першого і другого потоків оптичного випромінювання, перетворенні сумарного потоку оптичного випромінювання у напругу, що містить інформацію про фазовий зсув, вимірюванні напруги, запам'ятовуванні її значення, визначенні значення шуканого фазового зсуву відомим способом, запам'ятовуванні отриманого результату з наступним визначенням лінійних розмірів нанооб'єкта за відомим рівнянням вимірювань. Відомому способу притаманна недостатньо висока точність вимірювань. Це обумовлено тим, що на результат вимірювання впливає нерівність потужностей сформованих когерентних монохроматичних потоків оптичного випромінювання, чутливість оптико-електронного каналу та її варіації, дрейфу нуля, неідентичність функцій перетворення оптико-електронних каналів тощо. Відомий спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкту, (див., наприклад, патент РФ №2124701, МПК G01B 11/30, G01B 11/24, G01B 9/02. Ян Карл Буэринг (GB); Дэниэл Мэнсфилд (GB). Устройство для измерения поверхностных характеристик. Электронный ресурс: http://ru-patent.info/21/20-24/2124701.html), заснований на візуалізації нанооб'єкта і голки кантелівера, що розміщується напроти заданих початкової та кінцевої точок нанооб'єкта, лінійний розмір l x між якими підлягає вимірюванням, на явищі інтерференції, тобто  нелінійного складання двох, близьких (не рівних) за потужністю ({01} ~ {02 }) монохроматичних когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за значенням довжини хвилі  0 та 55 похибкою п ({п }  0) встановлення нульового фазового зсуву, обумовленою різницею оптичної довжини шляху проходження першого та другого когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за значенням відстані, внесенні вимірювального фазового зсуву, 1 UA 104761 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 нелінійному складанні зсунутих по фазі першого і другого потоків оптичного випромінювання, перетворенні сумарного потоку оптичного випромінювання у напругу, що містить інформацію про фазовий зсув, вимірюванні напруги, запам'ятовуванні її значення, визначенні значення шуканого фазового зсуву відомим способом, запам'ятовуванні отриманого результату з наступним визначенням лінійних розмірів нанооб'єкта за відомим рівнянням вимірювань. Відомий спосіб не забезпечує високої точності вимірювань тому, що на результат вимірювань впливають: похибка візуалізації об'єкта дослідження, нерівність потужностей сформованих когерентних монохроматичних потоків оптичного випромінювання, чутливість оптико-електронного каналу та її варіації, дрейф нуля та неідентичність функцій перетворення оптико-електронних каналів тощо. Відомий спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкта, (див., наприклад, В. Алехин, И. Мирошниченко, А. Серкин. Лазерный интерферометр для измерения перемещений./ Электронный ресурс: http://www. nanoindustry.su/files /article_pdf/l/article_1775_85.pdf), заснований на візуалізації нанооб'єкту і голки кантелівера, яка розміщується напроти заданих початкової та кінцевої точок нанооб'єкта, лінійний розмір l x між якими підлягає вимірюванням, на явищі інтерференції, тобто нелінійного складання двох, близьких (не рівних) за потужністю ({01} ~ {02 }) монохроматичних когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за  значенням довжини хвилі  0 та похибкою п ({п }  0) встановлення нульового фазового зсуву, обумовленою різницею оптичної довжини шляху проходження першого та другого когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за значенням відстані, внесенні вимірювального фазового зсуву, нелінійному складанні зсунутих по фазі першого і другого потоків оптичного випромінювання, перетворенні сумарного потоку оптичного випромінювання у напругу, що містить інформацію про фазовий зсув, вимірюванні напруги, запам'ятовуванні її значення, визначенні значення шуканого фазового зсуву відомим способом, запам'ятовуванні отриманого результату з наступним визначенням лінійних розмірів нанооб'єкта за відомим рівнянням вимірювань. Відомому способу притаманна недостатня точність вимірювань, яка обумовлена нерівністю потужностей сформованих когерентних монохроматичних потоків оптичного випромінювання, впливом чутливості оптико-електронного каналу та її варіації, а також дрейфу нуля, тобто параметрів функції перетворення оптико-електронних каналів та їх нестабільності на результат вимірювання лінійних розмірів нанооб'єкта та впливом неідентичності функцій перетворення оптико-електронних каналів. Поставлена технічна задача створення такого інтерференційного способу надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкта, який би забезпечив незалежність результату вимірювань від нерівності потужностей монохроматичних когерентних потоків оптичного випромінювання, від впливу абсолютних значень параметрів функції перетворення оптикоелектронних каналів та їх нестабільності, обумовленої дією зовнішніх дестабілізуючих факторів, а також від впливу неідентичності параметрів функцій перетворення оптико-електроних каналів. Поставлена технічна задача вирішується тим, що спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкта, заснований на візуалізації нанооб'єкта і голки кантелівера з дзеркалом, що послідовно встановлюється напроти заданих початкової та кінцевої точок нанооб'єкта, лінійний розмір l x між якими підлягає вимірюванням, на явищі інтерференції, тобто нелінійного  складання двох, близьких (не рівних) за потужністю ({01} ~ {02 }) монохроматичних когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за значенням довжини хвилі  0 та похибкою 45 50 55 п ({п }  0) встановлення нульового фазового зсуву, обумовленою різницею довжини оптичного шляху проходження першого та другого когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за значенням відстані, внесенні вимірювального фазового зсуву, нелінійному складанні зсунутих по фазі першого і другого потоків оптичного випромінювання, перетворенні сумарного потоку оптичного випромінювання у напругу, що містить інформацію про фазовий зсув, вимірюванні напруги, запам'ятовуванні її значення, визначенні значення шуканого фазового зсуву відомим способом, запам'ятовуванні отриманого результату з наступним визначенням лінійних розмірів нанооб'єкта за відомим рівнянням вимірювань. Від відомих спосіб відрізняється тим, що спочатку одним із відомих способів підводять голку кантелівера до начальної точки нанооб'єкта, одним з відомих способів встановлюють дев'яностоградусний фазовий зсув 0 між першим та другим когерентними потоками оптичного випромінювання, затримують перший потік оптичного випромінювання на час 2 t 0 , що UA 104761 C2 відповідає фазовому зсуву 0 , нелінійно складають зсунуті по фазі на 01 ({01}  {0 }  {0 }) перший та другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють перший сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн1 , що містить інформацію про 5 фазовий зсув 01 , вимірюють напругу Uн1 і запам'ятовують її значення, затримують другий потік оптичного випромінювання на той же час t 0 , що відповідає фазовому зсуву 0 , нелінійно складають зсунуті по фазі на 02 ({01}  {0 }  {0 }) перший та другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють другий сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн2 , що містить інформацію про фазовий зсув 02 , вимірюють напругу Uн2 і запам'ятовують її 10 значення, виключають дев'яностоградусний фазовий зсув 0 між когерентними потоками оптичного випромінювання, встановлюють голку кантелівера з дзеркалом в кінцеву точку нанооб'єкта, тобто на відстані l x від початкової точки, що відповідає внесенню фазового зсуву  x між першим та другим когерентними потоками оптичного випромінювання, затримують перший потік оптичного випромінювання на час t 0 , що відповідає фазовому зсуву 0 , 15 20 нелінійно складають зсунуті по фазі на x1 ({x1}  {x }  {0 }) перший і другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють третій сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн3 , що містить інформацію про фазовий зсув x1 , вимірюють напругу Uн3 і запам'ятовування її значення, затримують другий потік оптичного випромінювання на той же час t 0 , що відповідає фазовому зсуву 0 , нелінійно складають зсунуті по фазі на x2 ({x2 }  {x }  {0 }) перший і другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють четвертий сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн4 , що містить інформацію про фазовий зсув x2 , вимірюють отриману напругу Uн4 , запам'ятовують її значення, а про дійсне значення лінійного розміру нанооб'єкта судять за рівнянням надлишкових вимірювань l x  25  0  U  Uн3 arcsin(sin( п  0 ) н4 )  п . 2  Uн2  Uн1 k2     0  0  90 і наявності похибки п ({п }  0) встановлення нульового значення при фазового зсуву між когерентними потоками оптичного випромінювання або за рівнянням надлишкових вимірювань l x  30 35 40 45 0 k2 2  U  Uн3  arcsin н4 ,  Uн2  Uн1    0 при { }  {п }  {0 }  90 або при {п }  0 і 0  90 . На кресленні наведена структурна схема пристрою, що реалізує запропонований спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкта, де 1 - джерело (монохроматичного) оптичного випромінювання; 2 - коліматор; 3, 4 і 5 - перше, друге і третє відбивні дзеркала; 6 голка кантелівера, що жорстко зв'язана через кантелівер з відбивнім дзеркалом 5; 7 нанооб'єкт, лінійний розмір якого вимірюється; 8 - предметний стіл; 9 - блок візуалізації (конфокальний мікроскоп); 10, 11 і 12 - перша, друга та третя напівпрозорі пластини; 13 - чверть хвильова пластина; 14 - світло подільний кубик; 15 - фокусуюча лінза; 16 - фотоприймач; 17 підсилювач; 18 - цифровий мілівольтметр; 19 - окуляр; 20 - блок керування; 21 - око оператора. Суть запропонованого способу полягає у наступному. В основу способу надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкту покладені два процеси: 1) процес візуалізації нанооб'єкта, тобто оптичного підсилення його до рівня, при якому забезпечується сприйняття нанооб'єкта як об'єкта макроміра. При цьому стає можливим бачити не тільки об'єкт, але й голку кантелівера, що розміщений на відбивному дзеркалу, від положення якого на оптичній осі залежить й фазовий зсув між когерентними потоками оптичного випромінювання. До того ж стає можливим бачити положення голки, яка послідовно встановлюється напроти заданих початкової та кінцевої точок нанооб'єкта, лінійний розмір l x між якими підлягає вимірюванням; 3 UA 104761 C2 2) процес (явище) інтерференції, тобто нелінійного складання двох, близьких (не рівних) за  потужністю ({01} ~ {02 }) і апріорі сформованих монохроматичних когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за значенням довжини хвилі п ({п }  0) встановлення нульового фазового зсуву. 5 10 2  U0 [1  k a  2k а  cos(п   x )]  Uн, 20 25 30 та похибкою Слід зазначити, що похибка п ({п }  0) встановлення нульового фазового зсуву ({φ х} = 0) обумовлена різницею довжини оптичного шляху проходження когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за значенням відстані. В основу запропонованого способу покладено також процес внесення вимірювального фазового зсуву у другий з когерентних потоків оптичного випромінювання з наступним нелінійним складанням зсунутих по фазі на  x першого і другого потоків оптичного випромінювання. Отриманий сумарний потік оптичного випромінювання перетворюють у напругу 2 Uнх  S лФ0 [1  k a  2k а cos(п   x )]  Uн  15 0 (1) де Sл - крутість перетворення потоку оптичного випромінювання у напругу при лінійній функції перетворення електронного каналу; Ф0 - потужність потоку оптичного випромінювання; Uн - зміщення лінійної функції перетворення;  x - фазовий зсув між когерентними потоками оптичного випромінювання, тобто інформативний параметр; k а - коефіцієнт асиметрії, ({01}  {02 }) обумовлений нерівністю потужностей сформованих монохроматичних когерентних потоків оптичного випромінювання (k a  SлФ02 / SлФ01  U02 / U01  k a Ф0 / Ф0  k aU0 / U0 , де U0  U01). Напруга (1) містить інформацію про фазовий зсув  x , що вноситься за рахунок переміщення голки кантелівера від початкової до кінцевої точок нанооб'єкта, лінійний розмір l x між якими підлягає вимірюванню. Напругу (1) вимірюють, запам'ятовують її значення та визначають значення шуканого фазового зсуву  x відомим способом. Отримане значення фазового зсуву також запам'ятовують і використовують при визначенні лінійного розміру нанооб'єкта за відомим рівнянням вимірювань  l x   0 x , (2) k 2 2 де k2=2. Від відомих запропонований спосіб відрізняється тим, що спочатку одним із відомих способів підводять голку кантелівера до початкової точки нанооб'єкта. Це можливо здійснити шляхом переміщення предметного столу, на якому розміщений нанооб'єкт, під голку кантелівера. У цьому випадку голка кантелівера буде знаходитися у початковому стані, тобто при нульовому значенні ({п }  0) ({ф } = 0) фазового зсуву. х 35 40 Одним з відомих способів встановлюють дев'яностоградусний фазовий зсув  0 між першим та другим когерентними потоками оптичного випромінювання. Це можливо здійснити, наприклад, шляхом встановлення чвертьхвильової пластини на шляху проходження, наприклад другого потоку оптичного випромінювання до рухомого відбивного дзеркала та від нього. За рахунок подвійного проходження потоку оптичного випромінювання через чвертьхвильову пластину здійснюється введення дев'яностоградусного фазового зсуву у зазначений потік оптичного випромінювання. Далі, згідно з запропонованим способом, затримують перший потік оптичного випромінювання на час t 0 , що відповідає фазовому зсуву 0 . Нелінійно складають зсунуті по фазі на 01 ({01}  {0 }  {0 }) перший та другий потоки оптичного випромінювання, тобто отримують явище інтерференції. Перетворюють перший сумарний потік оптичного випромінювання у напругу 2 Uн1  U0 [1  k а  k 2k a cos(п  0  0 )]  Uн , (3) 45 що містить інформацію про фазовий зсув 01 . 4 UA 104761 C2 Вимірюють напругу Uн1 (3) і запам'ятовують отримане значення. 5 10 15 Затримують другий потік оптичного випромінювання на той же час t 0 , що відповідає фазовому зсуву 0 . Нелінійно складають зсунуті по фазі на 02 ({01}  {0 }  {0 }) перший та другий потоки оптичного випромінювання, тобто отримують явище інтерференції зазначених потоків. Перетворюють другий сумарний потік оптичного випромінювання у напругу 2 (4) Uн2  U0 [1  k а  k 2k a cos(п  0  0 )]  Uн , що містить інформацію про фазовий зсув 02 . Вимірюють напругу Uн2 (4) і запам'ятовують отримане значення. Виключають дев'яностоградусний фазовий зсув ф0 між когерентними потоками оптичного випромінювання шляхом, наприклад, усунення чвертьхвильової пластини. Встановлюють голку кантелівера з дзеркалом в кінцеву точку нанооб'єкта, тобто на відстані l x від початкової точки, що відповідає внесенню фазового зсуву  x між першим та другим когерентними потоками оптичного випромінювання. Це здійснюють за допомогою, наприклад, переміщення голки кантелівера, що розміщений на рухомому відбивному дзеркалі. Затримують перший потік оптичного випромінювання на час t 0 , що відповідає фазовому зсуву 0 . Нелінійно складають зсунуті по фазі на x1 ({x1}  {x }  {0 }) перший і другий потоки оптичного випромінювання, тобто отримують явище інтерференції зазначених потоків. Перетворюють третій сумарний потік оптичного випромінювання у напругу 2 (5) Uн3  U0 [1  k а  k 2k a cos(п  0  0 )]  Uн , що містить інформацію про фазовий зсув x1 . 20 25 Вимірюють напругу Uн3 (5) і запам'ятовують її значення. Далі, згідно з запропонованим способом, затримують другий потік оптичного випромінювання на той же час t 0 , що відповідає фазовому зсуву 0 . Нелінійно складають зсунуті по фазі на x2 ({x2 }  {x }  {0 }) перший і другий потоки оптичного випромінювання, тобто отримують явище інтерференції зазначених потоків. Перетворюють четвертий сумарний потік оптичного випромінювання у напругу 2 Uн4  U0 [1  k а  k 2k a cos( п  0  0 )]  Uн, (6) що містить інформацію про фазовий зсув x2 . Вимірюють отриману напругу Uн4 (6) і запам'ятовують її значення. Про дійсне значення лінійного розміру нанооб'єкта судять за рівнянням надлишкових вимірювань lx  30  0  Uн4  Uн3 )  п  arcsin(sin( п  0 ) Uн2  Uн1 k2  , 2   при 0  0  90 і наявності похибки п ({п }  0) встановлення нульового значення фазового зсуву між когерентними потоками оптичного випромінювання, або за рівнянням надлишкових вимірювань lx  35 40 (7)  U  Uн3  arcsin н4 , k2  Uн2  Uн1  2 0 (8)   0 при { }  {п }  {0 }  90 , або при {п }  0 і 0  90 . Як видно з отриманих рівнянь надлишкових вимірювань (7) і (8), результат вимірювання не залежіть від нерівності потужностей монохроматичних когерентних потоків оптичного випромінювання, від впливу абсолютних значень параметрів функції перетворення оптикоелектронних каналів та їх нестабільності, що обумовлено дією зовнішніх дестабілізуючих факторів, а також від впливу не-ідентичності параметрів функцій перетворення оптикоелектронних каналів. Таким чином досягнуто рішення поставленої технічної задачі. Пояснимо суть запропонованого способу на прикладі роботи пристрою, що реалізує запропонований спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкта. Структурна схема пристрою наведена на кресленні. 5 UA 104761 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Після включення живлення всі функціональні блоки встановлюють у початкове положення. Включають джерело оптичного випромінювання 1 (лазер з заданою довжиною хвилі  0 потоку оптичного випромінювання) і блок візуалізації 9, у якості якого може бути використаний конфокальний (нано)мікроскоп. На предметний стіл 8 встановлюють і закріплюють нанооб'єкт 7, лінійні розміри (параметри) якого необхідно вимірити. За допомогою блока візуалізації 9 здійснюють візуалізацію голки 6 кантелівера, що жорстко з'єднаний з рухомим дзеркалом, і нанооб'єкта 7. Голку 6 кантелівера встановлюють у перше початкове положення, як показано на кресленні. За допомогою виконавчих механізмів блока управління 20 здійснюється переміщення предметного стола 8 (виконавчі механізми на кресленні не показані). Це здійснюється до досягнення нульового фазового зсуву між когерентними потоками оптичного випромінювання. Монохроматичний і когерентний потік оптичного випромінювання, що генерує джерело 1, надходить на перше відбивне дзеркало 3 через коліматор 2. Це необхідно для створення паралельного потоку оптичного випромінювання, який надалі буде поділений на два потоки оптичного випромінювання однакової потужності. Відбитий від першого дзеркала 3 когерентний монохроматичний потік оптичного випромінювання надходить на світлоподільний кубик 14, за допомогою якого ділиться на два (перший та другий) когерентні потоки оптичного  випромінювання приблизно рівної потужності ({01}~ {02 }) . Перший когерентний потік оптичного випромінювання надходить на друге відбивне дзеркало 4, відбивається від нього і через третю напівпрозору пластину 12 надходить на окуляр 19. Цей же потік оптичного випромінювання, що відбився від третьої напівпрозорої пластини 12, надходить, через фокусуючу лінзу 15, на оптичний вхід фотоприймача 16. Другий когерентний потік оптичного випромінювання надходить на третє відбивне дзеркало 5, відбивається від нього і поступає через третю напівпрозору пластину 12 на окуляр 19. Відбитий від третьої напівпрозорої пластини 12 потік оптичного випромінювання поступає, через фокусуючи лінзу 15, на оптичний вхід фотоприймача 16. Зведені на вході третьої пластини 12 два потоки оптичного випромінювання визивають явище інтерференції. Воно може спостерігатися оком оператора 21. Відбиті від третьої пластини 12 і нелінійно складені потоки оптичного випромінювання надходять на оптичний вхід фотоприймача 16. За допомогою останнього сумарний оптичний сигнал перетворюється у напругу, підсилюються за допомогою підсилювача 17 і вимірюються за допомогою цифрового мілівольтметра 18. Якщо перший та другий потоки оптичного випромінювання пройшли однакові відстані, то на виході фотоприймача 16 напруга буде рівна нулю. Таким чином забезпечується початковий робочий стан пристрою. За допомогою виконавчого механізму (на кресленні не наведений) на шляху другого потоку оптичного випромінювання вводиться чвертьхвильова пластина 13. При цьому вона вводиться за світлоподільним кубиком 14 (див. креслення). В результаті подвійного (туди і назад) проходження першого потоку оптичного випромінювання чвертьхвильової пластини 13, вноситься дев'яносто-градусний фазовий зсув. В результаті перший та другий потоки оптичного випромінювання будуть зміщені на 90°. При цьому, як буде доведено нижче, досягається максимальна чутливість пристрою, тому що sin 90° = 1. Після встановлення 90° -го фазового зсуву здійснюється почергове введення додаткового  45 50 55 0 у перший та другий потоки оптичного випромінювання шляхом введення фазового зсуву ідентичних першої та другої напівпрозорих пластин (оптичних ліній затримки) 10 і 11 (див. креслення) за допомогою відповідних виконавчих механізмів блока управління 20 (на кресленні вони не наведені). На виході підсилювача 16 появляться, відповідно, напруги (3) і (4). Після отримання зазначених напруг за допомогою виконавчого механізму виключається дія чвертьхвильової пластини 13 шляхом її видалення з оптичного шляху. Переміщують голку 6 кантелівера разом з третім відбивним дзеркалом 5 у друге положення на нанооб'єкті 7, тобто на відстані l x від початкової точки. Це відповідає внесенню фазового зсуву  x між першим та другим когерентними потоками оптичного випромінювання. Переміщення здійснюють за допомогою відповідного прецизійного виконавчого механізму (на кресленні не наведений). В результаті перший та другий потоки оптичного випромінювання будуть зміщені на фазовий кут x . Після встановлення фазового зсуву  x між першим та другим когерентними потоками оптичного випромінювання здійснюється, як й при 90° -го фазовому зсуві, почергове введення додаткового фазового зсуву 0 у перший та другий потоки оптичного випромінювання. Це 6 UA 104761 C2 5 здійснюється шляхом введення першої та другої напівпрозорих пластин (оптичних ліній затримки) 10 і 11 (див. креслення) за допомогою відповідних виконавчих механізмів (на кресленні не наведені). На виході підсилювача 16 появляться, відповідно, напруги (5) і (6). Вони вимірюються за допомогою цифрового мілівольтметра 17. Результати вимірювань чотирьох напруг (3), (4), (5) і (6) обчислюються за рівнянням числових значень, аналогічних (8) з урахуванням значення довжини хвилі  0 потоку оптичного випромінювання:  N  Nн3  arcsin н4 (9) ,  Nн2  Nн1  де Nн1, Nн2, Nн3 , і Nн4 - результати вимірювань напруг цифровим мілівольтметром, {lx }  10 15 { 0 } k2 2   0 - при { }  {п }  {0 }  90 , або при {п }  0 і 0  90 . Описаний пристрій забезпечує автоматичне (природне) виключення систематичних похибок з кінцевого результату істотним чином завдяки обробки результатів проміжних вимірювань за рівнянням числових значень (9). Не виключеною може бути похибка встановлення нульового фазового зсуву між двома потоками оптичного випромінювання. При наявності випадкових завад та шумів напруги (3), (4), (5) і (6) вимірюються по 9-100 разів. Отримані результати статистично оброблюються, тобто усереднюються і обробляються за рівнянням числових значень { l x }  { 0 } k2 2  N  Nн3  arcsin н4 ,  Nн2  Nн1    (10) де Nн1, Nн2 , Nн3 , і Nн 4 - результати усереднення. В результаті зазначених дій здійснюється зменшення випадкової похибки у 3-10 разів. Таким чином, запропонований спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкта забезпечує вирішення поставленої технічної задачі. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 Спосіб надлишкових вимірювань лінійних розмірів нанооб'єкта, заснований на візуалізації нанооб'єкта і голки кантелівера з дзеркалом, що послідовно встановлюється напроти заданих початкової та кінцевої точок нанооб'єкта, лінійний розмір l x між якими підлягає вимірюванням, на явищі інтерференції, тобто нелінійного складання двох, близьких (не рівних) за потужністю ({01 } ~ {02 }) монохроматичних когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за  значенням довжини хвилі  0 та похибкою п ({п }  0) встановлення нульового фазового зсуву, обумовленою різницею довжини оптичного шляху проходження першого та другого когерентних потоків оптичного випромінювання нормованої за значенням відстані, внесенні вимірювального фазового зсуву, нелінійному складанні зсунутих по фазі першого і другого потоків оптичного випромінювання, перетворенні сумарного потоку оптичного випромінювання у напругу, що містить інформацію про фазовий зсув, вимірюванні напруги, запам'ятовуванні її значення, визначенні значення шуканого фазового зсуву відомим способом, запам'ятовуванні отриманого результату з наступним визначенням лінійних розмірів нанооб'єкта за відомим рівнянням вимірювань, який відрізняється тим, що спочатку одним із відомих способів підводять голку кантелівера до начальної точки нанооб'єкта, одним з відомих способів встановлюють дев'яностоградусний фазовий зсув  0 між першим та другим когерентними потоками оптичного випромінювання, затримують перший потік оптичного випромінювання на час t 0 , що відповідає фазовому зсуву 0 , нелінійно складають зсунуті по фазі на 01 ({01 }  {0 }  {0 }) перший та другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють перший сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн1 , що містить інформацію про фазовий зсув 01 , вимірюють напругу Uн1 і запам'ятовують її значення, затримують другий потік оптичного випромінювання на той же час t 0 , що відповідає фазовому зсуву 0 , нелінійно 45 складають зсунуті по фазі на 02 ({01}  {0 }  {0 }) перший та другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють другий сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн2 , що містить інформацію про фазовий зсув 02 , вимірюють напругу Uн2 і запам'ятовують її значення, виключають дев'яностоградусний фазовий зсув  0 між когерентними потоками 7 UA 104761 C2 оптичного випромінювання, встановлюють голку кантелівера з дзеркалом в кінцеву точку нанооб'єкта, тобто на відстані l x від початкової точки, що відповідає внесенню фазового зсуву  x між першим та другим когерентними потоками оптичного випромінювання, затримують 5 перший потік оптичного випромінювання на час t 0 , що відповідає фазовому зсуву 0 , нелінійно складають зсунуті по фазі на  x1 ({x1}  {x }  {0 }) перший і другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють третій сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн3 , що містить інформацію про фазовий зсув  x1 , вимірюють напругу Uн3 і запам'ятовують її 10 значення, затримують другий потік оптичного випромінювання на той же час t0 , що відповідає фазовому зсуву 0 , нелінійно складають зсунуті по фазі на x2 ({x2 }  {x }  {0 }) перший і другий потоки оптичного випромінювання, перетворюють четвертий сумарний потік оптичного випромінювання у напругу Uн4 , що містить інформацію про фазовий зсув x2 , вимірюють отриману напругу Uн4 , запам'ятовують її значення, а про дійсне значення лінійного розміру нанооб'єкта судять за рівнянням надлишкових вимірювань    U  Uн3 l x  0 arcsin(sin( п  0 ) н4 )  п  , 2 Uн2  Uн1 k2   15 при 0  0  90 і наявності похибки п ({п }  0) встановлення нульового значення фазового зсуву між когерентними потоками оптичного випромінювання, або за рівнянням надлишкових вимірювань l x  0 k2 2  U  Uн3  arcsin  н4 ,  Uн2  Uн1  при { }  {п }  {0 }  90 , або при {п }  0 і 0  90 . 0 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8