压电纳米定位系统应用于白光干涉系统进行纳米级测量
白光干涉是检测微观三维形貌表征的核心方案，广泛应用于半导体、精密光学等高端精密制造与检测领域，而这项技术能实现纳米级精度的核心，正是压电纳米定位系统。芯明天P60.X200系列压电纳米定位台和P75系列压电物镜定位器通过精准的纳米级光程差扫描，为白光干涉仪提供高精度、高稳定性的驱动解决方案。
一、白光干涉技术
白光干涉，是一种利用宽光谱白光（400~700nm连续波长）作为光源的干涉测量技术。与激光干涉不同，白光的相干长度通常仅有1~3µm。这意味着，干涉条纹只在两束光的光程差非常接近零的极小范围内清晰可见。这种独特的低相干特性，使得白光干涉能够实现纳米级别精度的绝对高度、非接触式的三维形貌与薄膜厚度测量。白光干涉仪的测量逻辑，包含四步核心流程：
光路拆分
白光源被分光镜一分为二，一束照射到可精密调节的高精度参考镜（参考光束），另一束照射到被测样品表面（测量光束）。
干涉形成
反射回来的两束光重新汇合，只有当光程差接近零（两束光走过的光程完全相等）时，才会产生高对比度的清晰干涉条纹。
垂直扫描
通过精密驱动装置带动参考镜或物镜沿Z轴方向进行纳米级步进扫描，依次扫描样品表面不同高度的位置。
信号采集与重构
高分辨率相机实时采集每个像素的干涉信号，通过算法解调出干涉波包的峰值位置，精确对应样品被测点的实际高度。所有像素的高度数据拼接后，即可重构出样品表面的三维形貌。
白光干涉原理图
二、压电纳米定位系统：白光干涉纳米精度的关键
白光干涉仪要实现超高精度，最关键的环节就是垂直扫描。压电陶瓷驱动技术凭借无摩擦、无回差、响应快、精度高四大核心优势，成为了白光干涉仪垂直扫描系统的优秀选择。在白光干涉仪中，主要通过压电纳米定位台和压电物镜定位器两种方式实现垂直扫描。
1.P60.X200系列压电纳米定位台：大行程高精度扫描
在迈克尔逊型白光干涉光路中，P60.X200压电纳米定位台通常带动参考镜做纳米级步进，沿Z轴进行上下移动。同样，也可用于驱动样品台进行扫描，适合需要承载较重样品或较大扫描范围的场景。
P60.X200系列压电纳米定位台，采用机构放大设计原理，结合柔性铰链连接支撑传动和高可靠性压电陶瓷驱动，具有以下技术亮点：
1）200μm超大行程：满足大多数白光干涉应用的垂直测量范围需求
2）闭环传感高精度：内置高精度位移传感器，定位精度可达纳米级
3）无摩擦无回差：一体式柔性铰链导向，运动平滑稳定
4）高可靠性：高品质压电陶瓷和精密加工，适应工业现场连续工作
技术参数
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型号 |
P60.X200S/K |
|
运动自由度 |
X |
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驱动控制 |
1路驱动，1路传感 |
|
标称行程范围（0~120V） |
160µm |
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Max.行程范围（0~150V） |
200µm |
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传感器 |
SGS/- |
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闭/开环分辨率 |
7nm/0.2nm |
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闭环线性度 |
0.02%F.S./- |
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闭环重复定位精度 |
0.01%F.S./- |
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俯仰/偏航/滚动 |
＜15μrad |
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闭/开环空载阶跃时间 |
50ms@20μm，1300g/30ms |
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空载谐振频率 |
370Hz |
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带载谐振频率@1300g |
120Hz |
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静电容量 |
10.8μF |
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工作温度范围 |
-20~80℃ |
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承载能力 |
5kg |
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材质 |
不锈钢、铝合金 |
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重量 |
630g |
2.P75系列压电物镜定位器：快速调焦
在白光干涉仪中，P75系列压电物镜定位器驱动物镜在垂直方向上进行连续、大范围的扫描移动，并且可以对物镜进行精确定位控制从而实现高精度对焦。
P75系列压电物镜定位器，专门设计用于驱动显微物镜，能够带载物镜进行精密位移调整，完成对焦和扫描功能，具有以下技术亮点：
1）250μm大位移范围：满足从低倍到高倍物镜的对焦和扫描需求
2）0.2kg高承载能力：可承载各种规格的显微物镜
3）高闭环精度：物镜补偿量小，聚焦和扫描精准到位
4）快速响应：毫秒级响应，实现高速扫描
技术参数
|
型号 |
P75.Z200S/K |
|
运动自由度 |
Z |
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驱动控制 |
1路驱动，1路传感 |
|
标称行程范围（0~120V） |
200µm |
|
Max.行程范围（0~150V） |
250µm |
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传感器类型 |
SGS/- |
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闭/开环分辨率 |
6nm/2.5nm |
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闭环重复定位精度 |
0.05%F.S./- |
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推/拉力 |
25N/10N |
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运动方向刚度 |
0.1N/μm |
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空载谐振频率 |
389Hz |
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闭环工作频率（-3dB） |
20Hz/- |
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空载阶跃时间 |
25ms/10ms |
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承载能力 |
0.2kg |
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静电容量 |
6.5μF |
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材质 |
钢、铝 |
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重量 |
225g |
三、覆盖全场景精密测量需求
芯明天P60.X200系列压电纳米定位台和P75系列压电物镜定位器，广泛应用于白光干涉测量的各个领域：
01
半导体制造
晶圆表面粗糙度和缺陷检测、光刻胶厚度和均匀性测量、刻蚀深度和侧壁角度检测等。
02
精密光学元件制造
透镜、棱镜的面形精度检测、光学镀膜厚度和均匀性测量、微透镜阵列三维形貌测量等。
03
MEMS与微纳制造
MEMS传感器的三维形貌测量、微机电系统结构间隙和尺寸检测、薄膜应力和变形测量等。
04
精密加工与材料科学
刀具磨损和表面粗糙度检测、精密零件表面形貌测量、材料的表面缺陷分析、涂层厚度测量等。
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