High-precision diode-laser-based temperature measurement for air refractive index compensation

We present a laser-based system to measure the refractive index of air over a long path length. In optical distance measurements it is essential to know the refractive index of air with high accuracy. Commonly, the refractive index of air is calculated from the properties of the ambient air using either Ciddor or Edlén equations, where the dominant uncertainty component is in most cases the air temperature. The method developed in this work utilises direct absorption spectroscopy of oxygen to measure the average temperature of air and of water vapor to measure relative humidity. The method allows measurement of temperature and humidity over the same beam path as in optical distance measurement, providing spatially well matching data. Indoor and outdoor measurements demonstrate the effectiveness of the method. In particular, we demonstrate an effective compensation of the refractive index of air in an interferometric length measurement at a time-variant and spatially non-homogenous temperature over a long time period. Further, we were able to demonstrate 7 mK RMS noise over a 67 m path length using 120 s sample time. To our knowledge, this is the best temperature precision reported for a spectroscopic temperature measurement.Peer reviewe

DNA origami structures as calibration standards for nanometrology

Peer reviewe

A técnica do questionário na pesquisa educacional

O presente trabalho almeja discutir o emprego do questionário enquanto técnica de coleta de dados, recorrentemente empregada nas pesquisas que envolvem o levantamento de uma grande quantidade de dados, como também o seu emprego nas pesquisas de cunho qualitativo. Aqui, decidiu-se pelo recorte espacial de estudo dessa técnica, especificamente, orientado para trabalhos de conclusão de curso de graduandos dos cursos tecnológicos de instituição de ensino superior privada. Este trabalho pretende demonstrar a importância da pesquisa na construção do conhecimento e destacar a urgência de se socializar e divulgar o conhecimento científico entre os discentes de nível superior como forma de conhecer, participar e intervir na realidade. Soma-se a isso, a partir da identificação percebida pelos autores quando da orientação de trabalhos de conclusão de curso, a necessidade de apontar a relevância da escolha adequada da técnica de coleta de dados para o alcance dos resultados esperados. Pretende, ainda, mostrar que o questionário é uma técnica bastante viável e pertinente para ser empregada quando se trata de problemas cujos objetos de pesquisa correspondem a questões de cunho empírico, envolvendo opinião, percepção, posicionamento e preferências dos pesquisados. Neste sentido, busca-se destacar a forma pela qual são construídas as perguntas do questionário, atentando-se para o conteúdo, número e ordem das questões, uma vez que as perguntas são as responsáveis pelo alcance das respostas ao desenvolvimento dos trabalhos. Este estudo fundamenta-se nos autores que tratam da temática, tendo como principais fontes de pesquisa os autores: GIL (1999), RICHARDSON (1999), MARCONE (1999), MALHOTRA (2006), MATALLO (2000), GIL (1996) e RIBEIRO (2008)

Lineaariset ja jäljitettävät asteikot nanometrologiassa

Methods for the implementation of reliable, repeatable scales are central to all measurementtechniques. Laser interferometers and diffractometers can be used for accurate dimensionalmeasurements that are readily traceable to the definitions of the SI (Système International)units. This thesis is a treatise on the correction of periodic error in laser interferometry anddiffractometry and the application of interferometry and diffractometry for accuratemeasurements. Capacitive sensors and diffraction angles are used for measurement of periodicerror of laser interferometer, and laser diffractometer rotary table angle scale, resulting incorrections that can be used to attain picometre range uncertainties in laser interferometry anddiffraction grating calibration. Computational models resulting in sets of linear equations for linearization measurement data are formulated and used, resulting in Fourier-series type corrective terms for periodic errors. The developed symmetric differential heterodyne laser interferometer with the periodic errorcorrection using capacitive sensor is compared to an X-ray interferometer at National PhysicalLaboratory, UK. The results suggest that periodic nonlinearity error in the range of 10picometres and below is possible with the system. The lateral and vertical scales of IT-MAFM (the interferometrically traceable metrologicalatomic force microscope at the Centre for Metrology and Accreditation (MIKES)) areproduced with laser interferometry in the thesis. Grating standards calibrated with laserdiffractometer and characterized with IT-MAFM are used to characterize the measurementcapabilities of tens of research laboratories with scanning electron microscopes (SEMs) andAFMs in the Nordic-Baltic region. Stroboscopic scanning white light interferometry (SSWLI) is a method that can measuresurfaces and interfaces in e.g. oscillating objects in different phases of the oscillation. In thiswork, a SSWLI at the University of Helsinki is quasidynamically characterized with 2.3 nmuncertainty using a transfer standard with a vertically moving mirror, calibrated with laserinterferometry.Menetelmät luotettavien ja toistettavien asteikkojen tuottamiseksi ovat mittaustekniikan keskeisiä työkaluja. Tarkkoja, SI-järjestelmän perusyksiköiden määritelmiin suoraan jäljitettäviä etäisyys-, koko- ja muotomittauksia voidaan tehdä laserinterferometria ja -diffraktometria käyttäen. Tässä väitöskirjassa tutkitaan ja kehitetään erityisesti menetelmiä interferometrin ja diffraktometrin asteikkojen jaksollisten virheiden mittaamiseen ja pienentämiseen, jasovelletaan näitä menetelmiä tarkkojen mittausten tekemiseen. Laserinterferometrin ja-diffraktometrin asteikkojen virheiden tutkimiseen käytetään kapasitiivisia antureita japyöröpöydän avulla määritettäviä diffraktiokulmia. Määritettävien korjausten avulla voidaansaavuttaa pikometrialueen mittausepävarmuksia. Periodisten virheiden mittaamiseksi kehitetään lineaarisina yhtälöryhminä ratkaistavia malleja, jotka antavat Fourier-sarjatyyppisiä korjaustermejä linearisointimittaustietojen perusteella. Kehitetty symmetrinen differentiaalinen laserinterferometri ja sen periodisen virheenkorjausjärjestelmä siirrettiin työssä Iso-Britannian kansalliseen mittanormaalilaboratorioon(NPL), jossa sitä verrattiin röntgeninterferometriin. Tulosten perusteella pääteltiin, ettämittausjärjestelyllä on saavutettavissa 10 pm:n suuruusluokassa oleva periodinen virhe. Metrologisen atomivoimamikroskoopin pysty- ja vaaka-asteikot tuotetaan työssälaserinterferometrisesti. Näin saatua laitetta voidaan käyttää mm. siirtonormaalienkalibrointiin. Diffraktometrillä kalibroiduilla ja atomivoimamikroskoopilla karakterisoiduillanäytteillä tutkitaan pohjoismais-baltialaisen alueen laboratorioiden mittauskykyäpyyhkäisymikroskoopeilla (SEM, AFM). Valkoisen valon stroboskooppinen pyyhkäisyinterferometria (SSWLI) on menetelmä, jollavoidaan mitata esimerkiksi värähtelevän kohteen pinnanmuotoja värähtelyn eri vaiheissa.Työssä karakterisoidaan Helsingin yliopistolla oleva SSWLI-laite kvasidynaamisestisiirtonormaalilla, joka on kalibroitu laserinterferometrisesti 2.3 nm mittausepävarmuudella

Interferometrisesti jäljitettävän metrologisen atomivoimamikroskoopin ohjaus

Pyyhkäisymikroskooppien (SPM) kalibrointi vaatii kalibroituja siirtonormaaleja. Joidenkin maiden kansalliset metrologiainstituutit ovat jo rakentaneet laserinterferometrisiä metrologisia atomivoimamikroskooppeja nanometrologisten siirtonormaalien kalibrointiin. Tässä työssä rakennetaan säätöjärjestelmä, mittausohjelmisto ja käyttöliittymä Mittatekniikan keskuksessa (MIKES) kehitetylle 3-D -interferometriselle atomivoimamikroskoopille. Järjestelmä on kehitetty sekä siirtonormaalien kalibrointiin tarjoten jäljitettävyyden metrin määritelmästä siirtonormaaleilla kalibroituihin pyyhkäisymikroskooppeihin, että nanometrologiseen tutkimukseen. Työssä tutkitaan laitteiston koordinaattijärjestelmien, sensorien ja aktuaattoreiden suhteita ja epäideaalisuuksia, ja tämän tiedon pohjalta rakennetaan säätö- ja mittausjärjestelmä joka koostuu ohjelmistosta ja elektroniikasta. Järjestelmän suorituskykyä tutkitaan lähinnä säätösilmukoiden ja mittausnopeuden kannalta

3D camera based on laser light absorption by atmospheric oxygen at 761 nm

A 3D camera based on laser light absorption of atmospheric oxygen at 761 nm is presented. The camera uses a current-tunable single frequency distributed feedback laser for active illumination and a silicon-based image sensor as a receiver. This simple combination enables capturing 3D images with a compact and mass producible set-up. The 3D camera is validated in indoor environments. Distance accuracy of better than 4 cm is demonstrated between 4 m and 10 m distances. Future potential and improvements are discussed.</p