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解決方案

皮米精度激光干涉儀如何在眾多前沿領(lǐng)域中大顯神通?

星之球科技 來源:中國教育裝備采購網(wǎng)2020-04-28 我要評(píng)論(0 )   

 1.IDS3010激光干涉儀在自動(dòng)駕駛高分辨調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)中的應(yīng)用  自動(dòng)駕駛是目前汽車工業(yè)最為前沿和火熱的研究,其中可靠和高分辨率的距離測量雷達(dá)的開發(fā)是尤...

 1.IDS3010激光干涉儀在自動(dòng)駕駛高分辨調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達(dá)中的應(yīng)用

  自動(dòng)駕駛是目前汽車工業(yè)最為前沿和火熱的研究,其中可靠和高分辨率的距離測量雷達(dá)的開發(fā)是尤為重要的。德國弗勞恩霍夫高頻物理和雷達(dá)技術(shù)研究所(Wachtberg,D)Nils Pohl教授和波鴻魯爾大學(xué)(Bochum,D)的研究小組提出了一種全集成硅鍺基調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)傳感器(FMCW),工作頻率為224 GHz,調(diào)諧頻率為52 GHz。通過使用德國attocube公司的皮米精度激光干涉儀FPS1010(最新版本為IDS3010),該雷達(dá)測量系統(tǒng)在-3.9 um至+2.8 um之間實(shí)現(xiàn)了-0.5-0.4 um的超高精度。這種新型的高精度雷達(dá)傳感器將會(huì)應(yīng)用于許多全新的汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。

  更多信息請(qǐng)了解:

  S. Thomas, et al; IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 67, 11, (2019)

皮米精度激光干涉儀如何在眾多前沿領(lǐng)域中大顯神通?

圖1.1 緊湊型FMCW傳感器的照片

皮米精度激光干涉儀如何在眾多前沿領(lǐng)域中大顯神通?

圖1.2 雷達(dá)測距示意圖,左邊為雷達(dá),右邊為移目標(biāo),attocube激光干涉儀用來標(biāo)定測量結(jié)果


  2. IDS3010激光干涉儀在半導(dǎo)體晶圓加工無軸承轉(zhuǎn)臺(tái)形變測量上的應(yīng)用

  半導(dǎo)體光刻系統(tǒng)中的晶圓級(jí)輕量化移動(dòng)結(jié)構(gòu)的變形阻礙了高通吐量的半導(dǎo)體制造過程。為了補(bǔ)償這些變形,需要精確的測量由光壓產(chǎn)生的形變。來自世界頂尖理工大學(xué)荷蘭Eindhoven University of Technology 的科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種基于德國attocube干涉儀IDS3010的測量結(jié)構(gòu),以此來詳細(xì)地研究由光壓導(dǎo)致的形變特性。圖2.1所示為測量裝置示意圖,測量裝置是由5 x 5 共計(jì)25個(gè)M12/F40激光探頭組成的網(wǎng)格,用于監(jiān)測納米級(jí)的無軸承平面電機(jī)內(nèi)部的移動(dòng)器變形。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^對(duì)無軸承平面的力分布進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償,從而有效控制轉(zhuǎn)臺(tái)的變形。實(shí)驗(yàn)測得最大形變量為544 nm,最小形變量為110 nm(如圖2.2所示)。

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  Measuring the Deformation of a Magnetically Levitated Plate displacement sensor

皮米精度激光干涉儀如何在眾多前沿領(lǐng)域中大顯神通?

圖2.1 左側(cè)為5X5排列探頭測量裝置示意圖,右圖為實(shí)物圖

皮米精度激光干涉儀如何在眾多前沿領(lǐng)域中大顯神通?

圖2.2 無軸承磁懸浮機(jī)臺(tái)形變量的測量結(jié)果,最大形變量為544 nm


  3.IDS3010在提高X射線成像分辨率中的應(yīng)用

  在硬X射線成像中,每個(gè)探針平均掃描時(shí)間的減少對(duì)于由束流造成的損傷是至關(guān)重要的。同時(shí),系統(tǒng)的振動(dòng)或漂移會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)分辨率。而在結(jié)晶學(xué)等光學(xué)實(shí)驗(yàn)中,掃描時(shí)間主要取決于裝置的穩(wěn)定性。attocube公司的皮米精度干涉儀FPS3010(升級(jí)后的型號(hào)為IDS3010),被用于測量及優(yōu)化由多層波帶片(MZP)和基于MZP的壓電樣品掃描儀組成的實(shí)驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)是在德國DESY Photon Science中心佩特拉III期同步加速器的P10光束線站上進(jìn)行的。attocube公司的激光干涉儀PFS3010用來檢測樣品校準(zhǔn)電機(jī)引起的振動(dòng)和沖擊產(chǎn)生的串?dāng)_?;谶@些測量,裝置的成像分辨率被提高到了±10 nm。

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  Markus Osterhoff, et at.; Proceedings Volume 10389, X-Ray Nanoimaging: Instruments and Methods III; 103890T (2017)

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圖3.1 實(shí)驗(yàn)得到的系統(tǒng)分辨率結(jié)果


  4.IDS3010激光干涉儀在微小振動(dòng)分析中的應(yīng)用

  電荷極化理論能夠描述中性玻色子系統(tǒng)的布洛赫能帶,它預(yù)言二維量子化的四極絕緣體具有帶隙、拓?fù)涞囊痪S邊緣模式。全球頂級(jí)研究機(jī)構(gòu)蘇黎世邦理工大學(xué)的Sebastian Huber教授課題組巧妙地利用一種機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)來模擬二維的拓?fù)浣^緣體,首次在實(shí)驗(yàn)上觀測到了聲子四極拓?fù)浣^緣體。這一具有重要意義的結(jié)果第一時(shí)間被刊登在Nature上(doi:10.1038/nature25156)。研究人員通過測試一種機(jī)械超材料的體、邊緣和拐角的物理屬性,發(fā)現(xiàn)了理論預(yù)言的帶隙邊緣和隙內(nèi)拐角態(tài)。這為實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)高維度的拓?fù)涑牧系於酥匾5聡鴄ttocube公司的激光干涉儀IDS3010被用于超聲-空氣轉(zhuǎn)換器激勵(lì)后的機(jī)械超材料振動(dòng)分析。IDS3010能到探測到機(jī)械超材料不同位置的微小振動(dòng),以識(shí)別共振頻率。最終實(shí)現(xiàn)了11.2 pm的系統(tǒng)誤差,為聲子四極拓?fù)浣^緣體的實(shí)驗(yàn)分析提供了有力的支持。

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  Marc Serra-Garcia, et al.; Nature volume 555, pages 342–345 (2018)

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圖4.1 實(shí)驗(yàn)中對(duì)對(duì)機(jī)械超材料微小振動(dòng)的頻率分析


  5. IDS3010激光干涉儀在快速機(jī)床校準(zhǔn)中的應(yīng)用

  德國亞琛工業(yè)大學(xué)(Rwth Aachen University,被譽(yù)為“歐洲的麻省理工”)機(jī)床與生產(chǎn)工程實(shí)驗(yàn)室(WZL)生產(chǎn)計(jì)量與質(zhì)量管理主任的研究人員利用IDS3010讓機(jī)床自動(dòng)校準(zhǔn)成為可能,這又將極大的提高機(jī)床的加工精度和加工效率。研究人員通過將IDS3010皮米精度激光干涉儀和其他傳感器集成到機(jī)床中,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的自動(dòng)在線測量。這使得耗時(shí)且需要中斷生產(chǎn)過程的安裝和卸載校準(zhǔn)設(shè)備變得多余。研究人員建立了一個(gè)單軸裝置的原型,利用IDS3010進(jìn)行位置跟蹤。其他傳感器如CMOS相機(jī)被用來檢測俯仰和偏擺。校準(zhǔn)結(jié)果與常規(guī)校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行了比較,六個(gè)運(yùn)動(dòng)誤差(位置、俯仰、偏擺、Y-直線度、Z-直線度)對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)顯示出良好的一致性。值得指出的是,使用IDS3010的總時(shí)間和成本顯著降低。該裝置演示了自動(dòng)校準(zhǔn)機(jī)床的第一個(gè)原型,而且自動(dòng)程序減少了機(jī)器停機(jī)時(shí)間,從而在保持相同的精度水平下極大的提高了生產(chǎn)率。

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  Benjamin Montavon et al; J. Manuf. Mater. Process. 2(1), 14 (2018)

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圖5.1 自動(dòng)校準(zhǔn)激光探頭安裝示意圖


  6.IDS3010激光干涉儀在工業(yè)C-T斷層掃描設(shè)備中的應(yīng)用

  工業(yè)C-T斷層掃描被廣泛用于材料測試和工件尺寸表征。幾何測量系統(tǒng)是設(shè)計(jì)精確的錐束C-T系統(tǒng)的一大挑戰(zhàn)。近期,瑞士聯(lián)邦計(jì)量院(metaS)的科學(xué)家采用德國attocube公司的IDS3010皮米精度激光干涉儀用于X射線源、樣品和探測器之間的精密位移跟蹤。該實(shí)驗(yàn)共有八個(gè)軸用于位移跟蹤。除了測量位移之外,該實(shí)驗(yàn)裝置還能夠進(jìn)行樣品臺(tái)的角度誤差分析。最終實(shí)現(xiàn)非線性度小于0.1 um,錐束穩(wěn)定性在一小時(shí)內(nèi)優(yōu)于10 ppb的高精度工業(yè)C-T。

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  Benjamin A. Bircher, Felix Meli, Alain Küng, Rudolf Thalmann: "A geometry measurement system for a dimensional cone beam CT", 8th Conference on Industrial Computed Tomography (iCT 2018), At Wels, AU

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6.1激光干涉儀在系統(tǒng)中的測量定位示意圖


  7.IDS3010激光干涉儀在增材制造3D打印中的應(yīng)用

  微尺度選擇性激光燒結(jié)(u-SLS)是制造集成電路封裝構(gòu)件(如微控制器)的一種創(chuàng)新方法。在大多數(shù)尖端的增材制造中需要微米量級(jí)的精度控制,然而集成電路封裝的生產(chǎn)尺寸只有幾微米,并且需要比傳統(tǒng)的增材制造方法有更小的公差。德克薩斯大學(xué)和NXP半導(dǎo)體公司開發(fā)了一種基于u-SLS技術(shù)的新型3D打印機(jī),用于制造集成電路封裝。該系統(tǒng)包括用于在燒結(jié)站和槽模涂布臺(tái)之間傳送工件的空氣軸承線性導(dǎo)軌。為滿足導(dǎo)軌對(duì)定位精度高的要求,該系統(tǒng)采用德國attocube公司的皮米精度干涉儀IDS3010來進(jìn)行位置的精確跟蹤。

  更多信息請(qǐng)了解:

  Nilabh K. Roy, Chee S. Foong, Michael A. Cullinan: "Design of a Micro-scale Selective Laser Sintering System", 27th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, At Austin, Texas, USA

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7.1系統(tǒng)示意圖,其中激光干涉儀被用作位移的精確測量和反饋


  8. IDS3010激光干涉儀在掃描熒光X射線顯微鏡中的應(yīng)用

  在搭建具有納米分辨率的X射線顯微鏡時(shí),對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性提出了更高的要求。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,必須確保各個(gè)組件以及組件之間的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。德國attocube的IDS3010激光干涉儀具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和測量亞納米位移的能力,在40小時(shí)內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)于1.25 nm的穩(wěn)定性,并且在100赫茲帶寬的受控環(huán)境中具有優(yōu)于300 pm的分辨率。因此,IDS3010是對(duì)上述X射線顯微鏡裝置的所有部件進(jìn)行機(jī)械控制的不二選擇,使得整個(gè)X射線顯微鏡實(shí)現(xiàn)了40 nm的分辨率,而在數(shù)據(jù)收集所需的整個(gè)時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)于45 nm。

  更多信息請(qǐng)了解:

  Characterizing a scanning fluorescence X ray microscope made with the displacement sensor

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8.1熒光X射線顯微鏡的高分辨成像結(jié)果

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激光干涉儀顯微鏡
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