JJF 1967-2022  激光衍射法反射光栅校准规范

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

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玻璃钢管标准， 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。

调整转台的转角，使入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9L1。再次调整转台转角，使入射光位于光栅法线的另 则，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12。计算两个角位 置差的绝对值，得到2倍利特罗衍射角，见公式（1）

度（20℃）下的光栅间距计算公式见公式

N—重复测量次数，N≥3.

7. 2二维反射光栅平均间距

二维反射光栅的平均间距测量方法与71所述一维反射光栅平均间距的测量方法相 同。但是，需分别测量行方向间距d，和列方向间距d，。 按照7.1所述方法安装反射光栅，并调整其姿态，令反射光栅上点阵或线阵的行方 向与转台转轴垂直，即当转台转动时，所形成的衍射光斑的轨迹与转台转轴垂直。按照 7.1所述方法测量反射光栅行方向间距d，。然后，将反射光栅绕其法线方向转动，使 反射光栅上点阵或线阵的列方向与转台转轴垂直，即当转台转动时，所形成的衍射光斑 的轨迹与转台转轴垂直。按照7.1所述方法测量反射光栅列方向间距d。

7.3二维反射光栅正交性

测量二维反射光栅正交性时，需分别测量二维反射光栅行方向间距d、列方向间 距d，和对角线方向间距d。d，和d，的测量方法与7.2所述方法相同。测量对角线方 向间距d时，需将反射光栅绕其法线方向转动，直至对角线方向与转台转轴垂直，即 转动转台时，由对角线方向反射光栅产生的衍射光斑的轨迹与转台转轴垂直。按照7.1 所述方法测量反射光栅对角线方向间距dy。 二维反射光栅正交性可通过如图1b）所示的行、列方向间距d，和d，，以及对 角线方向间距d计算得到，见公式（4）：

=arccos 2 d2 d2 d2.

校准结果在校准证书上反映。校准证书至少包含以下信息： a）标题：“校准证书”； b）实验室名称和地址； c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）； d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识； e）客户的名称和地址； f）被校对象的描述和明确标识； g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的 接收日期； h）如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对被校样品的抽样程序进行说明； i）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号； i）本次校准所用测量标准的溯源性和有效性说明； k）校准环境的描述； 1）校准结果及其测量不确定度的说明； m）对校准规范的偏离的说明； n）校准证书或校准报告签发人的签名或等效标识； o）校准结果仅对被校对象有效的声明； p）未经实验室书面批准，不得部分复制证书的声明； q）对光栅被测区域所在位置的说明；X r）如果对光栅表面上的多个位置进行测量，则需列出各被测位置的测量结果。必 要时应给被测位置的出示意图

由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所 决定的，因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。建议复校时间间隔 不超过1年。

一维反射光栅间距校准原始记录

二维反射光栅间距校准原始记录

一维反射光栅： 1.仅测量反射光栅上一个位置的情况： 标准温度（20℃）时的平均间距： d = nm 备注： 测量时激光光斑位于光栅中心，覆盖了反射光栅的全部表面。 2.测量反射光栅上多个位置的情况： 选取反射光栅上M个位置，每个位置进行N次重复测量，标准温度（20℃）时光栅间 结里

序号 测量值/nm 测量不确定度/nm 位置1 位置2 : . 位置M

准温度（20℃)时的平均值及不确定度

附录C给出了反射光栅上单一位置间距的不确定度评定方法，以及二维反射光栅 正交性不确定度评定方法

C. 1. 1测量模型

在非标准温度下测量反射光栅平均间距时，得到其在标准温度（t。三20℃）下的 测得值表示为：

工；代表各输人量。各输入量的标准不确定度分别为： a）激光的真空波长的标准不确定度u（入。）。 b）空气折射率的标准不确定度u（nipr）。 1）空气折射率的测量模型 空气折射率nr用修正的埃德林公式表示为：

u,=|c,·u(t) up=cp|·u(p) ur=lcrl·u (f) uE=lcel ·u (E)

各输入量的不确定度互不相关，则空气折射率的合成标准不确定度为：

u（npr）=u?+u+u+u

c）2倍衍射角①的标准不确定度u（0） 2倍衍射角通过多次测量取平均值获得，测量值从转台的示值直接读出。 的不确定度来源包括：测量重复性引入的不确定度分量u1（の），用平均值的实验 标准偏差表示；转台角位置误差引人的不确定度分量u2（の）；由零位选取误差引人的不 确定度分量u3（）；由反射光栅绕其法线转动导致的光栅线条与转台轴线之间的夹角 D，如图C.1，以及光栅倾斜导致的光栅线条与转台轴线之间的夹角，如图C.2，引 人的不确定度分量u4（）；反射光栅表面和激光束偏离转台轴线，以及光栅弯曲引入的 不确定度分量u，（0）。

图C.1光栅线条与转台轴线之间的夹角

图C.2光栅与转台轴线之间的夹角

各输入量的不确定度互不相关，则2倍衍射角θ的合成标准不确定度表示为：

e）光栅间距样板的热膨胀系数的标准不确定度u（α） f）环境温度的标准不确定度u（T） C.1.4各输入量引入的不确定度分量

C.1.5光栅间距的合成标准不确定度

C.1.6光栅间距的扩展不确定度

.7光栅间距的相对扩展不确定度

u(0)=/2u:(0)2

U=k·u.(p,), k=2

大气压p=102325Pa。由于C.1.2各输入量灵敏度中的1一α·（T一t。）~1，所以该 项可省略。

激光真空波长对光栅平均间距的灵敏系数为c1～，于是对应的不确定度分量为：

C.2.2空气折射率引人的标准不确定厂

X0.58℃=5.53X10

各输入量的不确定度互不相关，所以空气折射率n的标准不确定度为上述各分 合成，故：

u（np）=u?十u十u十u

空气折射率各输人量的不确定度分量列于表C.1

表C.1空气折射率各输入量不确定度分量一览

由于空气折射率约等于1，所以空气折射率对光栅平均间距的灵敏系数为C2～1 是空气折射率引入的不确定度分量为：

C.2.32倍衍射角0引入的标准不确定度分量u

C.2.32倍衍射角0引入的标准不确定度

计算2倍衍射角θ的实验标准偏差的方法根据具体的校准情况而定，可采用贝塞尔 法、极差法、最小二乘法等方法计算。本示例使用贝塞尔法。对2倍衍射角进行 10次测量，测量结果平均值的实验标准偏差为u1（9）会3.8”。灵敏系数为1。于是对应 的不确定度分量为：

u:(0)=3.8"

经校准，转台的角位置误差为2.1"，认为其在测量范围内等概率分布，所以标准 1.2”。灵敏系数为1。于是对应的不确定度分量为： 3

uz (0)=1. 2)

接收器上0位误差引人的衍射角测量时的最大角位置误差为土3.6"，并认为在测量 3.6" 范围内等概率分布，所以标准不确定度为u：（の）= =2.1"。灵敏系数为1。于是对 /3 应的不确定度分量为

u. (0)=2. 1)

安装光栅时，光栅线条与转台轴线之间的夹角9，以及光栅与转台轴线之间的夹 都会对衍射角的测量产生偏差。和的最大误差均为士1mrad，由衍射方程知：

sin(%) Aocos 2nrpcos

对9引入0～一0.23"的误差，对引入0～十0.23"的误差。综合这两项，得到

u (0)=0. 23

当反射光栅为理想平面时，其表面和激光束偏离转台轴线的误差对衍射角的测量没 有影响。但是当反射光栅表面为曲面时，上述两项误差将对衍射角的测量产生影响。测 得的衍射角0与实际的衍射角0.之间的关系为：

市政工程施工组织设计o=arctan R+L

安装反射光栅时：激光束偏离转台转轴的最大误差为L三0.1mm：反射光栅表面 偏离转台转轴的最大误差为L，=0.1mm，反射光栅表面的曲率半径R=10m，被测衍 射角平均值为1.144765mrad，则引人土2.3"的不确定度，即

u: (0)=2. 3)

表C.22倍衍射角6各输入量不确定度分量一览表

测量标称间距为292.1nm的光栅时的2倍衍射角的平均值为65.585716°。2倍衍 d d 射角θ对光栅平均间距的灵敏系数为C～ 0 2tan 2 主动主声目为

C.2.4β角引入的标准不确定度分量

入射光与衍射光在与转台垂直平面内的夹角为β=0.2°蝶阀标准，最大测量误差为士0.03 =0.017°=0.30mra 3