悬臂式光纤探针

悬臂式探针的研制是 SNOM- AFM的重要技术之一。用熔拉—腐蚀相结合的方法 ,将普通单模石英光纤制成直锥型探针。再利用自制的工具在 CO2 激光束下将针尖打弯 ,制成悬臂式探针样品。简单地讨论了此种探针的弹性常数     

计量型原子力显微镜的非线性误差及轴间耦合误差的校准

本文研究了原子力显微镜的计量校准问题,建立了校准的数学模型,这个数学模型可以用于各种ＳＰＭ的校准中。对于位移轴的非线性误差和耦合误差进行了校准,给出了校准后残余误差的测量结果。并对一块经过ＰＴＢ检定的样板进行了测量,测量结果表明对于３００ｎｍ的台阶高度,测量念头平均为１．１ｎｍ。     

基于弯曲法的AFM微悬臂梁弹性常数标定技术

原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)在微纳米尺度力学测量领域有着广泛应用,其微悬臂梁探针的弹性常数是直接影响测量结果准确性的关键因素之一.弯曲法是标定微悬臂梁弹性常数的一类重要方法,基于弯曲标定原理提出了一种新的技术实现方案,并研制了相应的标定系统.借助精密运动定位台使微悬臂梁接触超精密天平并产生弯曲,分别以天平和光杠杆机构同步测得接触力和梁的弯曲量,再根据胡克定律直接算得弹性常数.利用所研制的系统对多种型号的微悬臂梁进行了标定,实验结果表明该系统具有良好的准确性和重复性,测量相对标准差小于5％.     

一种调整悬臂剪切梁传感器误差的方法

本文从电阻应变式悬臂剪切梁传感器结构对非线性误差进行分析,采用有限元方法计算贴片孔位置对传感器的非线性误差影响,再通过试验对计算结果进行验证。结果表明悬臂剪切梁的承载孔位置对传感器的非线性误差影响可通过有限元方法定量计算。设计应用悬臂剪切梁式传感器时,对非线性误差应与传感器的其他误差综合考虑能有效提高传感器的精度。     

AFM针尖-试样面作用力连续介质方法研究

介绍了目前研究纳米接触问题的方法；根据Hamaker理论，利用连续介质方法，建立了原子力显微镜针尖和试样面接触的包括斥力项的力学模型；对模型进行了仿真，仿真结果同实验现象一致。将纳米接触问题的研究领域从非接触区域扩展到间歇接触区域。为原子力显微镜的进一步研究。实现原子操纵提供理论基础。     

基于AFM的微注射量检测装置设计

介绍了一种基于原子力显微镜(AFM)的微注射量检测的新方法,设计聚酯悬臂感应结构,利用原子力显微镜具有纳米级高度分辨率的特点,对聚酯悬臂在注射微滴重力作用产生的挠度进行检测,达到微滴量检测的目的.通过改进检测装置隔震系统的阻尼器结构,抑制影响微滴检测过程的低频扰动因素.最后对30pl内的微注射量进行检测试验.     

相移干涉测量中相移误差的自修正

分析了相移干涉测量过程中相移误差产生的原因,研究了基于迭代最小二乘算法的相移误差修正法,实现了任意两幅干涉图间相对移相量的计算和自适应校正.基于光、机、电、算四系统,实现任意步长的3幅以上干涉图像的采集,用迭代最小二乘法计算任意两幅干涉图间的相对移相量,然后将其闭环反馈至硬件相移系统,自动修正相移步长为给定量的特征相移值,从而完成干涉仪相移误差的自修正.构建了相移误差自校正系统,通过实际干涉测量验证了算法的正确性和相移误差自修正系统的可行性.结果表明,自适应修正后相移量相对误差＜5％,面形RMS测量重复性＜λ/1 000,实现了高精度、高效率的相移误差自适应修正.     

基于平板扫描器的新型AFM系统

研制了一种基于平板扫描器的新型原子力显微镜(AFM)系统。该系统创新地把二维平板扫描器和一维反馈控制器相结合,有效地克服了传统扫描器Z向反馈控制与XY扫描平面之间的非线性交叉耦合误差,同时保证了大范围扫描时检测光路的稳定性。利用该系统与传统AFM作了氧化铝薄膜和光栅对比扫描实验,结果表明这种AFM系统能够获得无扭曲、规则的理想图像。     

Calibration of tapping AFM cantilevers and uncertainty estimation: Comparison between different methods

We present a comparative study between three different methods for the spring constant calibration of silicon beam-shaped Atomic Force Microscope (AFM) cantilevers, used in tapping AFM mode in air. The geometries of these levers can be quite different from the standard rectangular cross section. We examine a method that combines the knowledge of cantilever dimensions and eigenfrequencies (Cleveland formula), the Sader method and we build cantilever models based on Finite Element Analysis (FEA). We demonstrate that with accurate measurement of dimensions, resonance frequency and quality factor, the Cleveland formula yields a combined cantilever stiffness uncertainty of approximately ±7% and the Sader method an uncertainty of ±5%. We also use FEA to show that when trying to approximate a realistic trapezoidal 3D tipped geometry, there exists a systematic overestimation in cantilever stiffness of ±2%, compared to when considering a simple rectangular cross section. Our constructed FE models are able to account for inhomogeneities in material properties as well as the influence of the added reflective coating in the cantilever stiffness estimation.     

面向CAFD的定位误差计算系统的研究与开发

介绍常用定位方法的定位误差计算系统的研究和开发 ,为完善CAFD的实用功能 ,实现CAPP与CAFD系统的集成建立了基础。     

基于原子力显微镜的光盘表面微结构的检测

利用原子力显微镜在纳米尺度上观察了光盘(CD)和数字通用光盘(DVD)的表面微观结构,对沟槽间距、摆动幅度等参数进行了测量,进而就这些参数对存储性能的影响进行了分析。实验结果显示:CD-R和DVD-R光盘上以连续的沟槽取代坑,并组成螺旋状的轨道,DVD-R光盘的信息存储密度更大。光盘轨道间距的变化范围是摆动幅度的4倍。写入后,沟槽的深度明显变深。实验结果同时表明,利用AFM能直接测量光盘上信息位的形貌参数,进而找出影响光盘质量的直接因素。     

基于AFM的光盘形貌研究

介绍了原子力显微镜(AFM)的原理及特点。用AFM对光盘上记录信息用的凹坑结构进行了三维检测,并对测量结果进行了分析。结论表明AFM在光盘质量检测过程中具有独特的优势。     

高分辨率星载光学系统装调过程的偏心误差分析

针对影响光学系统成像质量的装调误差,分析了偏心误差对高分辨率光学系统成像的影响。基于一款自主设计的接近衍射极限的高分辨率星载相机光学系统,利用Zemax光学软件分析光学装调过程中偏心误差对光学传递函数的影响,得出光学系统中各个分离元件对成像质量影响的权重,为光学系统的装调方案设计和实施提供了依据,实现了该光学系统2 500万像素高分辨率成像。这种误差分析方法实现了对光学系统装调过程的有效控制,提高了光学装调的效率。     

大尺寸光学元件在位动态干涉拼接测量系统

为了满足车间条件下大口径光学元件的高精度在位、在线检测的迫切需求,本文构建了一个适于一般环境下应用的动态干涉拼接测量实验系统。该系统由动态干涉仪、二维移动平台、控制系统及拼接软件等部分构成。应用该系统对200mm×300mm×20mm的光学元件在一般应用环境下进行了拼接测量实验,采用误差均化拼接算法进行拼接,并对拼接后的结果进行分析处理,比较拼接测量与全口径测量结果,PV值的相对误差为3.1%,RMS值的相对误差为1.6%,Power值的相对误差为2.1%。该系统为在车间环境下建立大口径光学元件在位检测建立了基础。     

圆锥量规锥度的高精度光学干涉法测量

针对超精密数控机床对圆锥量规锥度高精度测量的需求,研究了一种将“大数”和“小数”相结合,准确测量圆锥量规锥度的方法.介绍了锥度测量系统的基本原理及组成,给出了实验测量结果,分析了测量系统的不确定度.该测量方法利用最大分度间隔误差为0.10〞的多齿分度台构成高准确度分度系统保证测量“大数”部分的准确性,采用激光偏振干涉装...     

基于激光干涉的长导轨直线度误差测量

介绍了一种基于激光干涉的长导轨直线度误差测量系统。由氦氖激光器产生激光光束,经准直后投射到被置于被测导轨上作为接收靶的楔形光学玻璃板上,产生干涉。将接收靶沿被测导轨移动,如果导轨有直线度误差,则接收靶过桥与导轨的接触点所形成的直线角度发生变化,导致干涉条纹发生移动,通过检测干涉条纹变化量就可以得到导轨的直线度误差。将光电传感器检测得到的干涉条纹移动量送入单片机系统处理,得到被测点相对于准直光束的偏移量。最后对系统进行了实测实验。实验表明:用该装置检测长度为50m的长导轨,直线度误差仅为623.103μm。     

干涉型光纤语音传感器及语音降噪方法研究

近年来,光纤语音传感器已经引起科研界的广泛关注,如何提高语音探测质量是所有类型光纤语音传感器都面临一个关键问题。提出了一种新型小波包语音提取方法,用来提高光纤语音传感器语音探测质量。基于光纤干涉仪原理,搭建了光纤语音传感实验系统。实验结果表明,无论是与硬阈值处理方法还是与软阈值处理方法相比,新阈值处理方法都提高了信噪比。并且保证了语音信号的连续性,改善了语音质量。本方法可广泛应用于语音探测领域,特别是实时语音探测。     

光镊系统随机漂移建模和误差补偿

针对光镊系统本身噪声对测量精度的影响,提出了一种光镊系统随机漂移误差的有效补偿方法。首先,介绍了时间序列分析法和卡尔曼滤波技术,基于时间序列分析法建立了光镊的随机漂移误差模型;然后,用基于时间序列模型的卡尔曼滤波方法来减小该漂移误差。采用提出的方法对光镊设备实测数据的误差进行了补偿,结果表明：数据的误差方差由补偿前的188.90 nm²减小为8.41 nm²。计算补偿前后的艾伦方差可知,系统在平均时间为1 s时可使最小位移误差从 0.7 nm降低到0.1 nm。得到的结果显示：提出的滤波方法有效地抑制了光镊系统的漂移误差,将其用于双光镊对准可提高捕获光和探测光的对准精度,进而提高光镊系统的性能指标。