光學測量是一項利用光的性質進行精確測量的先進技術。光學在精密測量中則是一個非常廣泛且重要的應用，因為光學提供了非常優(yōu)秀的三維空間信息、精細而穩(wěn)定的控制手段以及精細而且高速的信號處理等優(yōu)勢。光學測量技術的出現(xiàn)，使我們能夠在工業(yè)、醫(yī)學、
航空航天和許多其他領域進行更精確、高效的測量。
納米級長度和位移測量是光學精密測量領域的重要基礎研究課題，在
半導體疊對誤差測量、精密對準與跟蹤等方面具有關鍵作用。傳統(tǒng)的光學干涉儀雖然可以實現(xiàn)納米及亞納米的測量精度，但系統(tǒng)復雜、易受環(huán)境干擾。
中國科學技術大學光電子科學與技術安徽省重點實驗室微納光學與技術課題組教授王沛和副教授魯擁華在精密位移的光學感測研究方面取得新進展，設計了一種光學超表面，將二維平面的位移信息映射為雙通道偏光干涉的光強變化，實現(xiàn)了平面內(nèi)任意移動軌跡的大量程、高精度的非接觸感測。
此前，王沛、魯擁華課題組基于微納結構光場調(diào)控技術發(fā)展出了一些位移感測技術，實現(xiàn)了亞納米的測量精度。但是這些一維位移測量技術在跟蹤面內(nèi)移動的應用中需要克服裝配誤差，限制了測量的穩(wěn)定性和可靠性。為此，課題組進一步提出了一種基于超表面光場調(diào)控的二維位移精密測量的光學新技術。他們設計了一種超表面，不僅可以實現(xiàn)二維的光學衍射，且能夠同時定制每個衍射級次光場的偏振態(tài)，利用不同衍射級次組合的雙通道偏光干涉，同時記錄二維平面內(nèi)的任意位移。通過相位解算算法從雙通道偏光干涉光強中獲得高精度、大量程的二維位移信息。實驗證明該位移測量技術的精度可以達到0.3納米，測量量程達到200微米以上。
研究人員介紹，該技術能夠同時測得二維位移信息，可有效被用于跟蹤二維平面內(nèi)的任意復雜運動。課題組相關研究工作拓展了光學超表面的應用領域，提升了精密位移光學傳感技術的可靠性和集成度，展示了超表面光場調(diào)控能力對傳統(tǒng)光學技術的賦能作用。
相關研究成果High-precision two-dimensional displacement metrology based on matrix metasurface于近日在線發(fā)表于《SCIENCE ADVANCES(科學進展)》
參考來源：中國科學報
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