Attocube激光干涉多轴测量原理 基于IDS3010

IDS激光干涉仪测量皮米热致振动

在高性能设备中，经常采用频域分析的方法来研究与频率相关的机械运动特性和机械振动。测量皮米级振幅的机械振动非常具有挑战性，超出了大多数商用测量技术的能力。为了证明 attocube的光纤化位移测量干涉仪（IDS）不仅具有高分辨率，而且具有极低的本底噪声，我们使用IDS测量了室温条件下微型探针的热致振动。

装置介绍

实验装置如图 1 所示：探针固定在attocube三轴ECS纳米定位台上，可在 x、y 、z三个方向上进行调整；干涉仪探头为2.8mm焦距的D12/F2.8，可将测量光聚焦到探针上，聚焦光斑直径仅为12微米。测量系统的数字输出信号带宽为5 MHz (AquadB)，可进行高达2.5 MHz的快速傅立叶变换 (FFT) 分析。我们测量了两个长度相同（225μm）但厚度和宽度不同的探针：3×28 µm（薄探针A）和7×38µm（厚探针B）。我们从探针上测出了清晰、高对比度的干涉仪信号，并对信号进行了FFT分析，以显示频谱模式。图 2(a) 为两个探针在50kHz到500kHz之间的频域曲线，可观察到两个强烈的谐振峰，分别位于76.7kHz和165.6kHz。因为没有其他的激励源，这两个峰主要是热致振动（布朗运动）造成的。
此外，从曲线上我们可以读出信号的本底噪声，在50kHz到500 kHz的频率范围内，该装置通过IDS测量的本底噪声仅为2 pm/sqrt(Hz)。图 2(b) 中红色曲线表示两个谐振峰的洛伦兹拟合，根据该图计算出探针A的品质因数为161，探针B的品质因数为324。

结论

本报告通过测量微型探针在室温条件下的热致布朗运动，展示IDS激光干涉仪的高分辨性能。

图 1：attocube多轴纳米定位台用于D12/F2.8探头与微型探针之间的对准。探头物镜与探针之间的距离约为2.8mm。

图 2：（a）和（b）显示了两种不同探针的FFT频域谐振曲线。经测量，探针的谐振频率分别为 76.7 kHz（探针 A）和 165.6 kHz（厚探针 B）。