扫描探针激光外差干涉的位移检测系统研究

发布时间：2023-03-22 23:44

　　电子产业高集成度和高性能发展,要求部件表面具有纳米级精度,因此对超精表面检测技术以及装置的研究,在保证超精表面的加工质量方面具有重要意义。本文提出了基于激光外差干涉相位检测的扫描探针超精表面检测系统,来实现检测系统的横向和纵向级分辨率,并对扫描探针振动位移进行实验研究。论文概述了国内外的表面检测方法以及探针振动信号的测量方法,并对各种方法进行对比分析,最终提出本文研究的扫描探针外差干涉位移检测系统。叙述了检测系统的总体方案和各子系统的框架。测量系统是由微探针模块、光学测量模块、数据采集模块和样品扫描模块四个部分组成。微探针扫描样品的表面形貌变化,原理是微探针跟样品之间存在原子力,会使微悬臂发生偏转,扫描过程中利用压电陶瓷驱动微悬臂在共振频率附近振动,采用双频激光外差干涉,光电探测器接受到光信号,并用数字差动鉴相信号获取相位差,测量微悬臂振幅。在样品扫描测量过程中,首先保证样品处于成像工作点位置不变,然后样品起伏变化引起扫描探针振幅变化,双频干涉系统测量探针振幅变化进而获取表征样品轮廓信息。对探针振动信号进行分析,得到的基频可以用来表征探针的位移变化,二倍频的产生可以作为探针样品接触的依...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 扫描探针技术的研究现状
        1.1.1 触针式表面检测方法
        1.1.2 光学式表面检测方法
        1.1.3 扫描隧道显微镜
        1.1.4 原子力显微镜
        1.1.5 扫描探针显微镜
    1.2 探针振动信号的检测方法
        1.2.1 光学杠杆法
        1.2.2 光学干涉法
    1.3 双频外差干涉检测方法
        1.3.1 横向塞曼激光器
        1.3.2 双频激光外差干涉方法
        1.3.3 激光外差干涉检测技术
    1.4 本文研究的目标和内容
第2章 扫描探针激光外差干涉振动位移检测系统的设计
    2.1 探针检测系统的设计
    2.2 微探针信号探测的系统设计
        2.2.1 光探针检测原理
        2.2.2 光路计算
        2.2.3 相位测量原理
        2.2.4 针孔以及显微物镜的选取
    2.3 微探针扫描系统的成像模式
    2.4 本章小结
第3章 微探针振动位移的数值模拟
    3.1 探针-样品模型的建立
    3.2 探针振动的有限元分析方法
    3.3 微探针振动悬臂梁的模态分析
    3.4 微探针振动位移的数值计算
    3.5 微探针振动位移的规律研究
        3.5.1 针尖半径大小对谐波振幅影响的探究
        3.5.2 杨氏模量对谐波振幅影响的探究
        3.5.3 驱动力对谐波振幅影响的探究
    3.6 本章小结
第4章 探针振动位移检测系统的实验探究
    4.1 光路的调整
        4.1.1 激光预热、稳频
        4.1.2 测量光路调整
        4.1.3 微探针调整
    4.2 压电陶瓷偏置量的优化探究
    4.3 微探针的振动实验
        4.3.1 微探针振动特性研究
        4.3.2 微探针振动数据采样
    4.4 微探针振动位移的实验研究
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 研究工作总结
    5.2 对后续工作的展望
参考文献
致谢



本文编号：3767829