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摘要

纳米级乃至更高精度的测量是原子及近原子尺度制造技术发展的基础和保障. 光学测量具有精度高、测量范围广、测量直观等优点, 其对单个成像光斑中心的定位可达远超衍射极限的精度. 但由于光本身散粒噪声、探测器暗电流噪声等随机性的存在, 光学测量存在精度极限. 本文基于克拉美罗下界理论发展了可适用于任意强度分布像斑的精度极限计算方法, 并以典型艾里斑为例, 分析了成像过程中反映信噪比、能量集中度、计算方式的参数对定位精度极限的影响规律并给出提高精度的建议和结论. 对实验所得像斑进行了精度极限计算, 验证了所得结论对类似艾里斑的像斑的适用性. 研究为原子及近原子尺度制造过程中光学测量的应用和优化提供了分析方法和理论指导.

关键词:

Abstract

Measurement technology with nanometer scale or higher level precision is the basis and guarantee for developing atomic and close-to-atomic scale manufacturing. Optical measurement has the advantages of high precision, wide range and real-time measurement. The precision of localizing a single imaging spot’s center is not limited by the diffraction limit and could reach nanometer scale. However, the shot noise of light and the dark current noise of the detector bring about a precision limit for optical measurement. Based on the Cramer-Rao lower bound theory, a precision limit estimation method for general imaging profiles is developed in this paper. Taking the typical Airy spot for example, the influences of the parameters such as signal-to-noise ratio, energy concentration and processing method on the positioning precision limit are analyzed, and suggestions and conclusions for improving the measurement precision are given. The precision limit of a laboratory imaging spot is calculated, which verifies that the conclusions are also suitable for the imaging profiles similar to the Airy spot. The research provides the analytical method and theoretical guidance for the application and optimization of optical measurement in atomic and close-to-atomic scale manufacturing.

Keywords:

atomic and close-to-atomic scale manufacturing/
optical measurement/
precision limit

作者及机构信息

通信作者:邢飞,xingfei@mail.tsinghua.edu.cn

基金项目:国家重点研发计划(批准号: 2016YFB0501201)和国家重大科研仪器研制项目(批准号: 51827806)资助的课题

Authors and contacts

Corresponding author:Xing Fei,xingfei@mail.tsinghua.edu.cn

Funds:Project supported by the National Key Research and Development Program of China (Grant No. 2016YFB0501201) and the National Project for Research and Development of Major Scientific Instruments (Grant No. 51827806)

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参考文献

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[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
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[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
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[18]
[19]
[20]
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	σ_all(Δ_std)/pixels
	$\sigma _{\rm{d}}^{\rm{2}}$ = 0	$\sigma _{\rm{d}}^{\rm{2}}$ = 25	$\sigma _{\rm{d}}^{\rm{2}}$ = 100	$\sigma _{\rm{d}}^{\rm{2}}$ = 400
${I_{\rm{0}}} = {\rm{400}}$	0.0125 (0.0001)	0.0136 (0.0003)	0.0157 (0.0011)	0.0217 (0.0033)
${I_{\rm{0}}} = {\rm{800}}$	0.0088 (0.0001)	0.0093 (0.0001)	0.0102 (0.0004)	0.0127 (0.0014)
${I_{\rm{0}}} = {\rm{1600}}$	0.0062 (0.0001)	0.0064 (0.0000)	0.0068 (0.0001)	0.0079 (0.0006)
${I_{\rm{0}}} = {\rm{3200}}$	0.0044 (0.0000)	0.0045 (0.0000)	0.0046 (0.0000)	0.0051 (0.0002)

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	R_F= 0.25	R_F= 0.50	R_F= 1.00	R_F= 2.00
σ_all/pixels	0.0335	0.0192	0.0136	0.0247
Δ_std/pixels	0.0211	0.0122	0.0003	0.0002
最优精度/pixels	0.0033 (边缘)	0.0065 (边缘)	0.0130 (边缘)	0.0244 (边缘)
最差精度/pixels	0.0803 (中心)	0.0566 (中心)	0.0139 (中心)	0.0250 (中心)
衍射极限/pixels	0.3050	0.6100	1.2200	2.4400

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[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]

[1]	刘天瑶, 刘灿, 刘开辉.表界面调控米级二维单晶原子制造. 必威体育下载 , 2022, 71(10): 108103.doi:10.7498/aps.71.20212399
[2]	高鸿钧.“原子制造：基础研究与前沿探索”专题编者按. 必威体育下载 , 2021, 70(2): 020101.doi:10.7498/aps.70.020101
[3]	吉建伟, 山村和也, 邓辉.面向单晶SiC原子级表面制造的等离子体辅助抛光技术. 必威体育下载 , 2021, 70(6): 068102.doi:10.7498/aps.70.20202014
[4]	刘子媛, 潘金波, 张余洋, 杜世萱.原子尺度构建二维材料的第一性原理计算研究. 必威体育下载 , 2021, 70(2): 027301.doi:10.7498/aps.70.20201636
[5]	钟虓䶮, 李卓.原子尺度材料三维结构、磁性及动态演变的透射电子显微学表征. 必威体育下载 , 2021, 70(6): 066801.doi:10.7498/aps.70.20202072
[6]	戴李知, 胡晓雪, 刘鹏, 田野.DNA折纸结构介导的多尺度纳米结构精准制造. 必威体育下载 , 2021, 70(6): 068201.doi:10.7498/aps.70.20201689
[7]	郭秦敏, 秦志辉.气相沉积技术在原子制造领域的发展与应用. 必威体育下载 , 2021, 70(2): 028101.doi:10.7498/aps.70.20201436
[8]	李圣凯, 郝卿, 彭天欢, 陈卓, 谭蔚泓.核酸-金属复合物及其在原子制造领域的应用. 必威体育下载 , 2021, 70(2): 028102.doi:10.7498/aps.70.20201430
[9]	杨蓓, 李茜, 柳华杰, 樊春海.面向原子制造的框架核酸研究进展. 必威体育下载 , 2021, 70(2): 026201.doi:10.7498/aps.70.20201437
[10]	吴彬, 程冰, 付志杰, 朱栋, 邬黎明, 王凯楠, 王河林, 王兆英, 王肖隆, 林强.拉曼激光边带效应对冷原子重力仪测量精度的影响. 必威体育下载 , 2019, 68(19): 194205.doi:10.7498/aps.68.20190581
[11]	郑盟锟, 尤力.能够突破标准量子极限的原子双数态的制备研究. 必威体育下载 , 2018, 67(16): 160303.doi:10.7498/aps.67.20181029
[12]	崔立红, 赵维宁, 颜昌翔.高斯光束与谐振腔基模模式光路谐振匹配的分析与校准. 必威体育下载 , 2015, 64(22): 224211.doi:10.7498/aps.64.224211
[13]	崔立红, 颜昌翔, 赵维宁, 张新洁, 胡春辉.失调多腔镜型环形谐振腔共轭光轴位置精度分析. 必威体育下载 , 2015, 64(22): 224210.doi:10.7498/aps.64.224210
[14]	花世群, 骆英.发光光弹性涂层折射率测量方法. 必威体育下载 , 2013, 62(5): 057801.doi:10.7498/aps.62.057801
[15]	李彦超, 章亮, 杨彦玲, 高龙, 徐博, 王春晖.多光束激光外差高精度测量玻璃厚度的方法. 必威体育下载 , 2009, 58(8): 5473-5478.doi:10.7498/aps.58.5473
[16]	郑森林, 陈君, 林强.光脉冲序列对三能级原子重力仪测量精度的影响. 必威体育下载 , 2005, 54(8): 3535-3541.doi:10.7498/aps.54.3535
[17]	黄湘友.氢原子波函数的经典极限分析. 必威体育下载 , 1991, 40(10): 1553-1561.doi:10.7498/aps.40.1553
[18]	谢建平, 邱焰辉, 明海, 李川奇, 牛亚平, 奚立峰, 大园成夫.金属光学性质对高精度丝径测量中偏振效应的影响. 必威体育下载 , 1990, 39(11): 1830-1834.doi:10.7498/aps.39.1830
[19]	谢建平, 邢晓正, 李传奇, 朱懋胜, 大园成夫.高精度丝径测量中的偏振效应. 必威体育下载 , 1989, 38(3): 399-406.doi:10.7498/aps.38.399
[20]	王兆申, 曹永君.准光学接收系统隔离度的理论极限问题. 必威体育下载 , 1983, 32(10): 1323-1327.doi:10.7498/aps.32.1323

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