JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1967—2022
激光衍射法反射光栅
校准规范
Calibration Specification for Reflection Gratings
by Laser Diffraction
2022-04-29发布
2022-10-29实施
国家市场监督管理总局发布 JJF1967—2022
激光衍射法反射光栅
校准规范
JJF 1967—2022
Calibration Specification for Reflection
Gratings by Laser Diffraction
归口单位：全国新材料与纳米计量技术委员会主要起草单位：中国计量科学研究院参加起草单位：同济大学
本规范委托全国新材料与纳米计量技术委员会负责解释 JJF1967—2022
本规范主要起草人：
殷 聪 （中国计量科学研究院）石春英 （中国计量科学研究院）
参加起草人：
王建波 （中国计量科学研究院）程鑫彬 （同济大学）邓 晓 (同济大学) JJF1967—2022
目 录
引言 1
(IⅡ) (1) (1 ) (1 ) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (2) (3) (3) (3) (4) (4) (5) (5) (6) (11) (13) (22)
范围· 2 引用文件· 3
术语和计量单位 3.1 光栅…· 3. 2 反射光栅· 3.3 间距· 3. 4 平均间距： 3.5 利特罗结构·· 3.6 利特罗角·· 3.7 二维光栅正交性 4 概述· 5 计量特性· 6 校准条件 6.1 环境条件 6.2 测量标准及其他设备.. 7校准项目和校准方法·. 7. 1 一维反射光栅平均间距 7. 2 二维反射光栅平均间距 7. 3 二维反射光栅正交性 8 校准结果表达· 9
复校时间间隔· 附录A 校准记录内容附录 B 校准证书内页内容附录 C 不确定度评定示例附录 D 衍射法测量反射光栅间距的原理 JJF1967—2022
引言
本规范依据JJF1001《通用计量术语及定义》、JJF1071《国家计量校准规范编写规则》编制，参考了IEC/TS62622：2012《纳米技术人造光栅的描述，测量和几何量的质量参数》（Nanotechnologies一Description，measurement and dimensional quality parameters of artificial gratings)、Nano4 一维光栅比对（Nano4 comparison on 1D grat- ings）、Nano5二维光栅比对（Nano5 comparison on 2Dgratings），测量不确定度的评定按照JJF1059.1《测量不确定度评定与表示》进行。
本规范为首次发布。
Ⅱ JJF1967—2022
激光衍射法反射光栅
校准规范
1范围
本规范适用于平均间距为（140～2000）nm、能观测到衍射现象的一维或二维反射光栅的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件： GB/T13962一2009光学仪器术语凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文
件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。
3术语和计量单位
3.1光栅 grating
一种表面排列大量精细的、相互平行的、等距的、周期性的、相同的结构的光学器件。其周期性结构既可以是直线阵列，也可以是沿直线排列的点阵。
注：此处光栅的定义与GB/T13962一2009《光学仪器术语》6.139中光栅的定义不同。此处的
定义仅针对被校准对象的特征。
3.2反射光栅reflectiongrating
人射光与衍射光在光栅工作面同一侧的衍射光栅。
3.3间距pitch
光栅上相邻结构之间的距离。 注1：单位为nm。 注2：一般用结构的中心距确定间距，有些情况下也可以用结构的边界确定间距。
3.4平均间距meanpitch
由光栅上多个间距确定的间距的平均值。 注：单位为nm。
3.5利特罗结构 JLittrowconfiguration
反射光栅衍射时，衍射光与入射光重合时的光路结构。
3.6利特罗角Littrowangle
当反射光栅的衍射光与入射光重合时的衍射角。 注：单位为rad。
3.7二维光栅正交性orthogonalityofthe2Dgrating
二维光栅上沿横向排列的点阵与沿纵向排列的点阵之间的夹角。 注：单位为rad。
1 JJF1967—2022
4概述
光栅利用光的衍射使光色散：色散角度取决于反射光栅平均间距和人射光的入射
角。在纳米几何量计量领域，光栅利用平均间距作为传递标准，被广泛应用于扫描电子显微镜、扫描探针显微镜或光学显微镜等微纳测量仪器的放大倍数的校准。
光栅按结构可分为一维光栅和二维光栅。如图1所示，一维光栅结构是由大量等距排列的刻槽或线条组成的，二维光栅结构是由按等距直线排列的点阵组成的。二维光栅的间距是两条沿平行直线排列的点阵之间的距离。二维光栅的正交性是指沿横向排列的点阵与沿纵向排列的点阵之间的夹角。
a）一维光栅
b）二维光栅
图1光栅典型结构示意图
d一一维光栅的间距；d，一二维光栅行方向间距；d，一 一二维光栅列方向间距；
dsy一对角线方向间距；一二维光栅正交性
5计量特性 5.1平均间距
测量范围：（140~2000）nm。 5.2二维光栅正交性
反射光栅行方向结构阵列与列方向结构阵列之间的夹角。
6校准条件 6.1环境条件
温度：（18～28）℃，每小时温度变化不超过1℃，被校光栅样板应在测量环境中稳定不小于2h。
相对湿度：（10～90）%。 无明显振动。
2 JJF1967—2022
6.2测量标准及其他设备
校准用标准器见表1。
表1标准器及技术要求
标准器具激光器转台
技术要求
0.31d≤入≤1.88d，d为光栅间距频率标准不确定度Urel<1×10-4，k=2
测量范围≥180° 角位置MPE：士5
校准项目和校准方法
7
7.1一维反射光栅平均间距
选定测量区域。测量区域为光栅中心区域，或根据客户需求选定。测量时，如果激光光斑能够覆盖校准所要求的区域，则仅对该区域进行测量。如果激光光斑不能覆盖校准所要求的区域，可选择多个位置进行测量。每个位置至少重复测量3次，得到各个位置的间距平均值。再将所有测量位置的间距平均值取平均值，得到被校光栅的平均间距。测量位置的选取需根据校准的具体需求而定，应具有代表性，且分布均匀。
调整标准装置和被校光栅。令激光束轴线穿过转台轴线。将反射光栅固定在转台上，光栅表面被测区域的中心与转台的转轴重合。在转台转轴和光栅法线组成的平面内，人射光与光栅法线的夹角β≤3.5mrad，如图2所示。绕光栅法线方向转动光栅，调整光栅姿态，使转台转动时，衍射光斑的轨迹与转台的转轴垂直。当一1级衍射光位于转台转轴和光栅法线组成的平面内时，接收器上的光斑位置为预设的零点。接收器到光栅的光程应大于1m。
转台转轴光栅
入射光
2B
衍射光
转台
图2光栅安装示意图
调整转台的转角，使人射光位于光栅法线的一侧，当一1级衍射光斑与预设零点重合时，记录此时的转台角位置L1。再次调整转台转角，使入射光位于光栅法线的另一侧，当一1级衍射光斑与预设零点重合时，记录此时的转台角位置9L2。计算两个角位置差的绝对值，得到2倍利特罗衍射角θ，见公式（1）：
(1)
=0L2L1
单次测量标准温度（20℃）下的光栅间距计算公式见公式（2）：
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