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壓電納米掃描系統(tǒng)是由精密壓電納米定位臺(tái)與壓電控制器組成，系統(tǒng)可完成單軸或多軸的納米精度的運(yùn)動(dòng)控制。下圖中為芯明天的一款小體積型Z向壓電納米掃描系統(tǒng)。

干涉測(cè)量 

干涉測(cè)量是基于電磁波的干涉理論，通過檢測(cè)相干電磁波的干涉圖樣、頻率、振幅、相位等屬性，將其應(yīng)用于各種相關(guān)測(cè)量的技術(shù)的統(tǒng)稱。用于實(shí)現(xiàn)干涉測(cè)量術(shù)的儀器被稱作干涉儀。在當(dāng)今科研領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域等，干涉測(cè)量術(shù)都發(fā)揮著重要作用，包括天文學(xué)、光纖光學(xué)、工程測(cè)量學(xué)等。

在干涉測(cè)量中常用的工具是邁克爾遜干涉儀，一般可將相干光源的單條入射光束分成兩條相同的光束。每條光束的傳播路徑（稱為光程）不同，并在到達(dá)探測(cè)器之前重新會(huì)合。每條光束的傳播距離不同使它們之間產(chǎn)生相位差。該相位差形成了可通過探測(cè)器捕獲的干涉條紋。如果單條光束沿兩個(gè)光路分開（測(cè)量光路和參考光路），則利用相位差便可判斷出所有可改變光束相位的因素。

邁克爾遜干涉儀原理圖

干涉物鏡

干涉物鏡就是將顯微鏡物鏡與干涉儀結(jié)合起來設(shè)計(jì)而成的一種特殊的顯微鏡物鏡。它的原理是一束光通過分光鏡后，將光直接射向樣品表面和內(nèi)置反光鏡，從樣品表面反射的光線和內(nèi)置反射鏡反射的光線再結(jié)合，就產(chǎn)生了干涉圖案。

干涉物鏡可用在非接觸光學(xué)壓型測(cè)量設(shè)備上，通過此物鏡可得到表面位圖和表面測(cè)量參數(shù)等，也可用來檢測(cè)表面粗糙度，測(cè)量精度非常高，在一個(gè)波長之內(nèi)。

三種干涉物鏡結(jié)構(gòu)圖

Michelson型

 
Mirau型

Linnik型

壓電納米定位掃描系統(tǒng)應(yīng)用于多軸籠式干涉系統(tǒng)

系統(tǒng)實(shí)物圖

在系統(tǒng)工作時(shí)，通過納米移動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)待測(cè)樣本表面在垂直方向上均勻、緩慢、連續(xù)運(yùn)動(dòng)，改變測(cè)量光路與參考光路的光程差。

垂直掃描的過程中，相機(jī)依次獲取一系列的白光干涉圖，通過三維形貌恢復(fù)算法計(jì)算并定位出每個(gè)像素點(diǎn)的零光程差位置，即可得到相應(yīng)的高度信息，從而恢復(fù)出待測(cè)表面的三維形貌。

通過下面兩個(gè)視頻可觀察到，當(dāng)驅(qū)動(dòng)微納米移動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)樣本在垂直方向上進(jìn)行掃描時(shí)，相機(jī)采集到的白光干涉條紋隨著移動(dòng)臺(tái)的掃描而發(fā)生位移。

在該系統(tǒng)中采用的是芯明天P70.Z8S壓電納米掃描臺(tái)，它的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如下。

型號(hào)：P70.Z8S（直驅(qū)機(jī)構(gòu)）

運(yùn)動(dòng)自由度：Z

行程范圍：8μm（@150V）

傳感器類型：SGS

閉/開環(huán)分辨率：1/0.6 nm

閉環(huán)線性度：0.25 %F.S.

閉環(huán)重復(fù)定位精度： 0.16%F.S.

俯仰/偏航/滾動(dòng)：<10 μrad

承載能力：200 g

閉環(huán)響應(yīng)時(shí)間：20ms

空載諧振頻率：3.6 kHz

加載諧振頻率：1.5kHz（200g）

靜電容量：1.6 μF

重量：128.5 g