激光干涉多轴测量原理 基于IDS3010
BISS-C接口的X射线装置同步运动控制
同步辐射是一种极强的X射线源，当高速电子在运动过程中被改变方向，将发射特定波长的X射线。这些X射线通过光束线引导至实验线站，与物质相互作用，用于研究材料的特性。X射线的波长远短于可见光，可探测纳米级结构（超越传统显微镜）。此外，X射线具有高穿透能力，常被用于透射成像。由于光束高度聚焦，样品定位成为关键，需确保触发、检测和位置反馈的可靠性与可追溯性。
BISS-C接口是基于RS422协议的开源协议，支持高达10 MHz的信号传输。其外部触发处理能力（同样支持10 MHz）可实现多设备同步。为了实现数据通讯同步，attocube提供了带有Biss-C接口的IDS3010激光干涉位移传感系统，满足英国Diamond光源和欧姆龙/Delta Tau标准。
在高精度系统（如纳米级运动）中，误差运动和振动传播对精度影响极大。为此，同步辐射装置不断利用前沿技术来升级组件。例如，英国Diamond光源的I08光束线站最近利用带BISS-C接口的IDS3010对装置进行了升级。实验装置通过Delta Tau “GeoBrick”控制器同步触发并跟踪八个线性轴，确保从三台IDS3010设备获取数据的时间戳足够精确。
系统配置
系统包含三个运动模块（图1为简化示意图），自下而上依次为：
1. 手动定位器：用于基础调整。
2. 步进电机：用于粗调。
3. 压电定位器：用于纳米级精细运动。
每个模块支持X、Y、Z三轴运动，共9个自由度。八个高真空兼容传感头实时监测所有运动。由于样品的位置会受每一个运动轴的影响，所有的运动都需要进行测量跟踪。并且，还需关注两类误差运动（寄生运动）：
1. 振动传播：定位器运动引发的振动通过连接部件传递至样品；
2. 轴系偏差：定位器轴间安装偏差导致的离轴运动。
图1：系统示意图。八个传感器头监测三个模块（每个模块均包含X、Y、Z轴），整个装置运行于高真空环境。
图2：X轴步进时产生的Y轴和Z轴寄生运动（Y、Z轴无运动指令）。
图2展示了压电定位器在X，Y和Z轴的位移，当X方向以5 nm步长移动时，Y轴和Z轴产生寄生运动并计入曲线：
· X轴（红色）：正向移动10步（每步5nm）后，以50 nm步长返回。
· Y轴（蓝色）：X轴平移在Y轴上产生的寄生运动，以及振动传播产生的振荡。从图中可见，X轴每走一步，Y轴产生一个100pm的移动，这是由X轴和Y轴的非正交引起的。这个正交误差可以通过其他轴的测量数据进行补偿。
· Z轴（绿色）： X轴平移在Z轴产生的垂直寄生运动。仅最后50 nm步长出现显著垂直位移，推测由快速振动导致。
本实验曲线还很好地展示了IDS3010优异的分辨性能，真实系统的实测位置噪声达到100pm水平。
IDS3010 multi-axis laser interferometer
皮米激光测距干涉仪
该设备凭借超高测量精度脱颖而出，实现了 10 ppb 的真空波长精度与波长稳定性。其核心采用了 DFB激光器 结合 高精度参考气室 的独特技术方案，不仅保证了测量的准确性，更赋予了设备长达 10年 的使用寿命和极低的维护需求。
在设计上，它采用紧凑且模块化的架构，支持灵活的三轴测量，传感器探头直径更是小至 Ø 1.2 mm，能够轻松应对各种受限空间。此外，该设备具备极强的环境适应性，可在真空、超低温及强磁场等极端条件下稳定工作。
凭借其卓越性能，该产品被广泛应用于半导体测量与控制、精密光学测量、航空航天以及同步辐射大科学装置等前沿科技领域。