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微位移通常是指位移范围仅为至几毫米甚至几微米,而测量准确度则达到纳米亚纳米级。微位移测量方法很多,这些测量方法的准确性检验需要高精度的计量和溯源。随着纳米技术的发展,越来越多的高精度位移传感器需要计量,这对微位移计量技术提出了更高要求,目前位移计量主要采用迈克尔逊式激光干涉法,由于此类激光干涉法通常具有至少几个纳米的非线性误差,其测量精度难再提高。本论文针对当前纳米位移传感器校准和纳米测量仪器的微位移参量校准这两类典型的微位移计量需求,分别从溯源途径和计量方法方面进行了研究。首先,研究和设计了测量范围较大、可直接溯源至激光波长且无非线性误差的拍频Fabry-Perot激光干涉仪,并采用数字化锁相放大、程控式激光频率调谐和纳米定位等技术,使之突破了干涉腔自由光谱范围的限制,使其位移测量范围扩展至36μm,实验结果的测量不确定度优于3.5nm(k=2),使之能够用于纳米位移传感器计量。其次,针对不便于使用激光干涉法进行直接计量的纳米级测量仪器的微位移参量,提出采用X射线和原子晶格间距作为几何量溯源的过程媒介,先实现纳米薄膜厚度的高精度计量,然后研制台阶状纳米薄膜厚度片,用于实现纳米级测量仪器的微位移参量的量值溯源和量值统一,特别是纳米薄膜厚度的不确定度最高达到亚纳米级,为我国纳米计量标准体系在溯源精度上再获得跨越式提高。论文的主要内容和创新点如下:1.由于激光频率连续调谐范围的限制,拍频Fabry-Perot激光干涉仪的测量范围通常仅有几百纳米,所以只能用于干涉仪非线性测量。本论文基于激光测频、稳频、锁频、调频、换模等技术,提出了一种技术方法可以快速有效的扩展其测量范围,并建立了一套测量实验装置,实验证明它能够应用于纳米级准确度的微位移计量。2.建立和实现基于X射线波长和原子晶格间距的长度溯源途径,并提出一种采用X射线反射法测量纳米薄膜厚度的不确定度分析方法,建立了国家纳米薄膜厚度计量标准装置,其不确定度达到:U=0.3nm+1.5%H(k=2),H为厚度。3.研制了台阶状的纳米薄膜厚度标准片,通过它实现了扫描探针显微镜、激光共焦显微镜、轮廓仪等多种不同测量原理的纳米测量仪器的纵向位移的量值溯源和量值统一。