专利名称：一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统和测量方法
技术领域：
本发明涉及表面检测技术领域，特别是涉及一种基于光纤传感的扫描探针表面测 量系统及其测量方法。
背景技术：
电子产品的高集成度与高性能化发展趋势以及微机电系统(MicroElectro Mechanical Systems,MEMS)技术与应用发展，对超精表面及微结构检测提出了越来越高的 要求，从而带动了超精表面微纳测量技术的迅速发展。目前，微纳测量技术可分为接触式与 非接触式两类，接触检测方法包括电感式、压电式、光电式等，非接触检测方法包括光学法、 电子法等。常用的超精表面测量方法包括传统的光学干涉测量、扫描探针测量、电容位移测 量、扫描电镜测量等。目前的光学测量方法对于粗糙度检测已能达到埃级分辨率，如激光 干涉法、椭偏 法、散射法等。但是，由于受瑞利衍射极限限制，光学检测系统的横向分辨率限制了横向纳 米量级分辨率的超精表面检测。此外，扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope, STM)与原子力显微镜 (Atomic Force Microscopy,AFM)对表面检测的纵向、横向分辨率都能达到纳米级精度，但 是，其系统的组成、结构非常复杂、价格昂贵，测量范围较小，一般只有几个微米到几十个微 米，并且对测量环境等要求非常高；同时，利用扫描隧道显微镜只能观察导电样品。总之，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能够提供一种样 品表面测量方案，系统结构简单，并且在保证测量范围的同时，实现高分辨率的超精表面的 检测需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统 及其测量方法，该测量系统结构简单，并且可以实现高分辨率、大范围超精表面的检测。为了解决上述问题，本发明公开了一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统， 包括光纤位移传感单元，包括发射光纤和接收光纤，用于检测发射光纤入射到接收光 纤的光功率，并将所述光功率转换成电信号输入到系统控制单元；光纤对准单元，用于依据系统控制单元的监视对发射光纤和接收光纤进行轴对 准；微悬臂探针单元，包括带测头微探针，所述带测头微探针包括弹性微悬臂、分别 与弹性微悬臂的一端垂直连接的微平板测头和微探针，所述微平板测头位于发射光纤和接 收光纤之间；所述微悬臂探针单元用于依据系统控制单元的控制，通过改变弹性微悬臂的 位置或弹性形变，调整微探针在样品表面上的位置，并带动微平板测头产生垂直位移，改变 入射到接收光纤的光功率；
三维扫描单元，用于依据系统控制单元的控制，使样品做三维移动扫描；系统控制单元，用于对光纤对准单元的轴对准操作、微探针和三维扫描单元的运 动进行监视或控制，并对接收到的电信号和微探针在样品表面上的位置进行数据处理，获 得样品的表面结构。优选的，所述光纤位移传感单元还包括激光光源，用于输出光；光纤准直器，用于通过对激光光源输出的光束进行整形，耦合到发射光纤中；光电探测器，用于通过对接收光纤输出的光进行光电转换，产生相应的电压；
A/D采集卡，用于采集光电探测器输出的电压，并通过A/D转换将得到的电信号输 入到系统控制单元。优选的，所述光纤对准单元包括五维对准台，用于固定光纤位移传感单元的发射光纤，以及通过调节发射光纤的 出光端面的位置对发射光纤和接收光纤进行轴对准；光纤固定架，用于固定光纤位移传感单元的接收光纤；显微摄像头，用于对发射光纤的出光端面和接收光纤的入光端面进行拍摄；视频采集卡，用于采集显微摄像头拍摄到的视频信号，并将所述视频信号传输至 系统控制单元。优选的，所述微悬臂探针单元还包括信号发生器，用于依据系统控制单元的控制，向高频压电块输出驱动信号；高频压电块，用于根据所述驱动信号产生伸缩位移或者按照预置频率、幅值进行 振动；则所述弹性微悬臂的另一端固定于高频压电块上，弹性微悬臂依据高频压电块的 运动带动微探针产生垂直位移。优选的，所述弹性微悬臂根据微探针的垂直位移带动微平板测头相对于发射光纤 的出光端面和接收光纤的入光端面进行无接触垂直移动；所述微平板测头的顶端的初始位置位于发射光纤和接收光纤的轴线上。优选的，所述三维扫描单元包括三维扫描台，用于固定待测量样品，并根据驱动电压带动样品在空间X、Y、Z三个 方向做平移扫描；高压稳压源，用于依据系统控制单元的控制向三维扫描台输出驱动电压，驱动三 维扫描台进行运动。优选的，所述系统控制单元包括系统控制接口，用于向信号发生器和高压稳压源输出工控机的控制信号，以及接 收A/D采集卡的电信号和视频采集卡的视频信号；监视器，用于对发射光纤的出光端面和接收光纤的入光端面进行可视化监视；工控机，用于产生控制信号，以及对接收到的电信号、微探针产生的垂直位移和样 品的平面扫描位置进行数据处理，获得样品的表面结构。优选的，所述测量系统的工作模式包括接触式、非接触式和轻敲式。此外，本发明还公开了一种基于光纤传感的扫描探针表面测量方法，包括
依据系统控制单元的监视，通过光纤对准单元对发射光纤和接收光纤进行轴对 准；依据系统控制单元的控制，使样品做三维移动扫描；同时通过微悬臂探针单元调整弹性微悬臂的位置，改变微探针在样品表面上的位置，并带动微平板测头产生垂直位移， 改变入射到接收光纤的光功率；通过光纤位移传感单元检测发射光纤入射到接收光纤的光功率，并将所述光功率 转换成电信号输入到系统控制单元；在系统控制单元中对接收到的电信号和微探针在样品表面上的位置进行数据处 理，获得样品的表面结构。优选的，所述测量方法的工作模式包括接触式、非接触式和轻敲式。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明提出的一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统及其测量方法，通过微 探针在样品表面的不同距离变化，带动微平板测头产生垂直的位移变化，使探测到的光功 率(对应电信号)发生变化，从而检测分析得到样品表面上的结构。本发明避免了传统光 学系统搭建所需的复杂光路以及诸多分立的光学器件，光纤光路结构简单、光学器件少，光 纤传输受空气扰动的影响较低，稳定性好。进一步，通过光纤位移传感单元测量微探针的垂直方向振动位移，一方面，利用微 探针的纳米尺度针尖，获得纳米量级的横向分辨率，另一方面，基于光纤光强位移传感，实 现纳米量级精度的纵向分辨率。光纤位移传感与带测头微探针相结合，使测量系统分辨率、 精度得到提高，测量范围可调，可达几十微米。此外，利用五维对准台与机器视觉方式可实现光纤非接触式对准；本发明测量系 统可工作于接触式、非接触式和轻敲式三种模式下，能够实现高分辨率、大范围超精表面粗 糙度、轮廓及表面特征尺寸的检测系统。
图1是本发明一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统实施例的结构图；图2是本发明一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统实施例的原理示意图；图3是本发明一种基于光纤传感的扫描探针表面测量方法实施例的流程图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。参照图1，示出了本发明一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统实施例一的 结构图，包括光纤位移传感单元100，包括发射光纤101和接收光纤102，用于检测发射光纤入 射到接收光纤的光功率，并将所述光功率转换成电信号输入到系统控制单元；光纤对准单元200，用于依据系统控制单元500的监视对发射光纤101和接收光纤 102进行轴对准；微悬臂探针单元300，包括带测头微探针，所述带测头微探针包括弹性微悬臂3011、分别与弹性微悬臂3011的一端垂直连接的微探针3012和微平板测头3013，所述微 平板测头3013位于发射光纤101和接收光纤102之间；所述微悬臂探针单元300用于依据 系统控制单元500的控制，通过改变弹性微悬臂3011的位置或弹性形变，调整微探针3012 在样品表面上的位置，并带动微平板测头3013产生垂直，改变入射到接收光纤102的光功 率；三维扫描单元400，用于依据系统控制单元500的控制，使样品做三维移动扫描；系统控制单元500，用于对光纤对准单元200的轴对准操作、微探针3012和三维扫 描单元400的运动进行监视或控制，并对接收到的电信号和微探针在样品表面上的位置进 行数据处理，获得样品的表面结构。进一步，在本发明的优选实施例中，如图1所示，上述各个单元由以下部件组成所述光纤位移传感单元100还包括激光光源103，用于输出光；光纤准直器104，用于通过对激光光源输出的光束进行整形，耦合到发射光纤中；光电探测器105，用于通过对接收光纤输出的光进行光电转换，产生相应的电压；A/D采集卡106，用于采集光电探测器输出的电压，并通过A/D转换将得到的电信 号输入到系统控制单元。所述光纤对准单元200包括五维对准台201，用于固定光纤位移传感单元的发射光纤，以及通过调节发射光纤 的出光端面的位置对发射光纤和接收光纤进行轴对准；光纤固定架202，用于固定光纤位移传感单元的接收光纤；显微摄像头203，用于对发射光纤的出光端面和接收光纤的入光端面进行拍摄；视频采集卡204，用于采集显微摄像头拍摄到的视频信号，并将所述视频信号传输 至系统控制单元。所述微悬臂探针单元300还包括信号发生器302，用于依据系统控制单元的控制，向高频压电块输出驱动信号；高频压电块303，用于根据所述驱动信号产生伸缩位移或者按照预置频率、幅值进 行振动；则所述弹性微悬臂3011的另一端固定于所述高频压电块303上，弹性微悬臂依据 高频压电块的运动带动微探针3012产生垂直位移。其中，所述微探针通过弹性微悬臂带动微平板测头相对于发射光纤的出光端面和 接收光纤的入光端面进行无接触垂直移动；所述微平板测头的顶端的初始位置位于发射光纤和接收光纤的轴线上。所述三维扫描单元400包括三维扫描台401，用于固定待测量样品，并根据驱动电压带动样品在空间X、Y、Z三 个方向做平移扫描；高压稳压源402，用于依据系统控制单元的控制向三维扫描台输出驱动电压，驱动 三维扫描台进行运动。所述系统控制单元500包括系统控制接口 501，用于向信号发生器和高压稳压源输出工控机的控制信号，以及接收A/D采集卡的电信号和视频采集卡的视频信号；监视器502，用于对发射光纤的出光端面和接收光纤的入光端面进行可视化监 视；工控机503，用于产生控制信号，以及对接收到的电信号、微探针产生的垂直位移 和样品的平面扫描位置进行数据处理，获得样品的表面结构。该系统的具体实现过程如下在光纤位移传感单元100中，激光光源103输出的光经光纤准直器104进行光束 整形后，耦合到发射光纤101中；发射光纤101固定于光纤对准单元200的五维对准台201 上；接收光纤102固定于光纤对准单元200的光纤固定架202上；发射光纤101的出光端面 (本实施例中为右端面)与接收光纤102入光端面(本实施例中为左端面)的相对位置关 系可通过光纤对准单元200的五维对准台201精密调整，以保证二者获得最优光耦合效，所 述五维对准台的调节包括X、Y、Z方向的平移，以及X、Y方向的转动，其中Z方向为发射光 纤和入射光纤的轴向方向。接收光纤102传导、输出的光，由光电探测器105接收并对光强 进行光电变换，产生与光强(或光功率)相对应的电压；光电探测器105的输出电压，经A/ D采集卡106，将模拟信号转换为数字信号，通过系统控制单元500的控制接口 501采集到 工控机503中，为超精表面测量后续处理提供Z向数据源。
在光纤对准单元200中，五维对准台201固定光纤位移传感单元100中的发射光 纤101，并精密调节发射光纤103右端面的空间位置；光纤固定架202用于固定光纤位移传 感单元100中的接收光纤102 ；显微摄像头203的工作距离和放大倍数可调；光纤位移传感 单元100中发射光纤101右端面与接收光纤102左端面的相对位置关系，经显微摄像头203 和视频采集卡204实现视觉成像，通过系统控制单元500中的显示器502进行实时监视，并 与五维对准台201的精密调节相配合，实现发射光纤101右端面与接收光纤102左端面空 间相对位置的闭环反馈控制。在微悬臂探针单元300中，带测头微探针刚性固定于高频压电块303上；带测头 微探针包括弹性微悬臂3011 (水平放置)、微平板测头3013 (竖直放置，其底端与弹性微悬 臂的一端相连)、以及微探针3012 (竖直放置，其顶端与弹性微悬臂的一端相连)三部分； 微平板测头3013位于光纤位移传感单元100中发射光纤101右端面与接收光纤102左端 面之间，可相对二者做无接触垂直上下移动；系统测量过程中，微探针3012与样品上表面 可进行接触式、非接触式或轻敲三种不同工作模式；弹性微悬臂3013由具有一定弹性的材 料制成，在外力作用下可发生弯曲(弹性形变)或振动，其左端与微平板测头3013、微探针 3012连接，右端固定于高频压电块303上；高频压电块303由信号发生器302的输出电压 信号进行驱动，产生伸缩位移或按照预置频率、幅值进行振动，从而使得带测头微探针3012 沿空间Z向产生上下的相对位移。在三维扫描单元400中，待测量样品固定于三维扫描台401上，并随三维扫描台 401在空间X、Y、Z三个方向做精密平移扫描；三维扫描台401的驱动电压由高压稳压源402 输出。在系统控制单元500中，系统控制接口 501分别与其他单元中的A/D采集卡106、 视频采集卡204、信号发生器302、高压稳压源402的接口相连接；通过监视器502对光纤对 准单元中发射光纤103右端面与接收光纤104左端面相对位置的可视化显示，并通过工控机503进行系统控制与测量数据处理。如图2所示，为本发明一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统实施例的原理 示意图。其中，由弹性微悬臂、微探针和微平板测头组成带测头微探针301。测量过程中，激 光光源101输出功率Wtl，经光纤准直器104整形后，耦合到发射光纤101，功率W。ut ；带测头 微探针301与样品表面以接触式、非接触式或轻敲等不同模式相互作用，三维扫描台401带 动样品在XOY水平面内扫描运动时，微探针3012与样品表面的不同距离变化ΔΗ。其中，接触模式(contact mode)扫描测量中，三维扫描台401带动样品在XOY水 平面内扫描运动的同时，保持微探针3012与样品表面相接触，在原子间排斥力和弹性微悬 臂3011弹性回复力作用下，微探针3012与样品表面的不 同距离变化ΔΗ，使得微平板测头 3013在垂直面内产生位移ΔΖ，ΔΗ与Δ Z呈线性关系。非接触式(non-contact mode)扫描测量中，微探针3012与样品表面保持一定距 离(由于微探针与样品没有接触，因此测量过程中样品表面不会被损伤)，由于二者之间 长距离原子吸引力的作用，微探针3012与样品表面的不同距离变化ΔΗ，使得微平板测头 3013在垂直面内产生位移ΔΖ，ΔΗ与Δ Z呈非线性关系。轻敲式(tapping mode)扫描测量中，微探针3012在高频压电块303的驱动下以 一定的幅值和频率正弦(或余弦)振动，如按Asin(on)方式振动，微探针3012与样品表 面的不同距离变化ΔΗ，引起微探针3012的振动幅值发生变化，由于原子力的作用，从而使 得微平板测头3011在垂直面内产生位移ΔΖ变化，ΔΗ与ΔΖ呈非线性关系。在接触式、非接触式或轻敲式的任意一种模式中，微平板测头3011的垂直位移变 化ΔΖ，将引起接收光纤102接收功率变化AW，经光电探测器105将光功率变化转换为相 应电压变化Δυ。利用测量系统建立样品表面与光纤传感关系，结合XOY面内压电扫描，即 可实现样品表面三维超精测量。根据本发明实施例提出的一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统，其工作流 程如下步骤(1)，机械对接激光光源103与光纤准直器104，并打开激光光源103，先进行 预热；步骤(2)，分别将发射光纤101和接收光纤102固定于五维对准台201和光纤固定 架202上；步骤(3)，调整显微摄像头203的工作距离及放大倍数，使得发射光纤101和接收 光纤102的相对端面视场成像清晰；步骤(4)，精密调整五维对准台201，利用监视器502显示的显微摄像头203的视 觉反馈，使得发射光纤101右端面和接收光纤102左端面平行、中心同轴；步骤(5)，调整微悬臂探针单元300中弹性微悬臂3011的空间位置，其位于发射光 纤101和接收光纤102两端面之间，且竖直方向上与两端面平行；步骤(6)，进一步调整弹性微悬臂3011在竖直方向的相对位置，使其顶端与光纤 轴心对齐，并作为其探测样品表面的初始位置；步骤(7)，连接信号发生器302，控制输出信号，驱动高频压电块303带动微探针 3012振动；步骤(8)，将样品放置于三维扫描台401上，调整样品在竖直方向的位置，达到与弹性微悬臂3011相互作用状态；步骤(9)，记录当前位置点由光纤位移传感反馈的样品表面高度信息；步骤(10)，连接高压稳压源402，输出控制信号，驱动三维扫描台401在XOY平面 内扫描；步骤(11)，利用XOY平面内扫描位置数据、光纤位移传感反馈的表面高度信息和 接收到的电信号进行数据处理，实现超精表面三维测量。在具体实施例，所述测量系统的各个单元可选择如下配置(1)激光光源选择绿光，输出功率500mW ；光电探测器选用Model 840型光功率计， 最高分辨率达IOpW ；(2)发射光纤和接收光纤选择带接头和尾纤的62 μ m纤芯的多模光纤；(3)微探针选择 VEECO 公司的 MAD0TR4-10 型，材料氮化硅(SiliconNitride)； 弹性系数0. 06 0. 58N/m，针尖半径(Tip Radius) :10nm，针尖高度(Tip Height) :2 3. 5 μ m ；(4)显微摄像头参数——图像分辨率1600X1200 ；镜头Dual Axis 27X和 100X ；聚焦范围10mm到无穷远(infinity)，手动方式；帧频做大为30f/s ；放大倍数 20 X 到 200 X。按照以上配置，该测量系统的主要技术指标可达(1)检测范围<50μπι;(2)检测灵敏度2nm/lnW。即，当样品表面的高度变化2nm时，光功率的变化为 InW。本发明实施例提出的测量系统测量范围可达几十微米，并且可实现纵向和横向的 纳米量级分辨率。参照图3，示出了本发明一种基于光纤传感的扫描探针表面测量方法实施例的流 程图，包括步骤31，依据系统控制单元的监视，通过光纤对准单元对发射光纤和接收光纤进 行轴对准；步骤32，依据系统控制单元的控制，使样品做三维移动扫描；同时通过微悬臂探 针单元改变弹性微悬臂的位置或弹性形变，调整微探针在样品表面上的位置，并带动微平 板测头产生垂直位移，改变入射到接收光纤的光功率；步骤33，通过光纤位移传感单元检测发射光纤入射到接收光纤的光功率，并将所 述光功率转换成电信号输入到系统控制单元；步骤34，在系统控制单元中对接收到的电信号和微探针在样品表面上的位置进行 数据处理，获得样品的表面结构。本发明的优选实施例中，所述测量方法的工作模式包括接触式、非接触式和轻敲 式。本说明书中的各个实施例各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于方法实施例而言，由于其与系统实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实 施例的部分说明即可。以上对本发明所提供的一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统和测量方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实 施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术 人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范 围上均会有改变之处，综上所述，本说 明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统，其特征在于，包括光纤位移传感单元，包括发射光纤和接收光纤，用于检测发射光纤入射到接收光纤的光功率，并将所述光功率转换成电信号输入到系统控制单元；光纤对准单元，用于依据系统控制单元的监视对发射光纤和接收光纤进行轴对准；微悬臂探针单元，包括带测头微探针，所述带测头微探针包括弹性微悬臂、分别与弹性微悬臂的一端垂直连接的微平板测头和微探针，所述微平板测头位于发射光纤和接收光纤之间；所述微悬臂探针单元用于依据系统控制单元的控制，通过改变弹性微悬臂的位置或弹性形变，调整微探针在样品表面上的位置，并带动微平板测头产生垂直位移，改变入射到接收光纤的光功率；三维扫描单元，用于依据系统控制单元的控制，使样品做三维移动扫描；系统控制单元，用于对光纤对准单元的轴对准操作、微探针和三维扫描单元的运动进行监视或控制，并对接收到的电信号和微探针在样品表面上的位置进行数据处理，获得样品的表面结构。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤位移传感单元还包括 激光光源，用于输出光；光纤准直器，用于通过对激光光源输出的光束进行整形，耦合到发射光纤中； 光电探测器，用于通过对接收光纤输出的光进行光电转换，产生相应的电压； A/D采集卡，用于采集光电探测器输出的电压，并通过A/D转换将得到的电信号输入到 系统控制单元。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤对准单元包括五维对准台，用于固定光纤位移传感单元的发射光纤，以及通过调节发射光纤的出光 端面的位置对发射光纤和接收光纤进行轴对准；光纤固定架，用于固定光纤位移传感单元的接收光纤； 显微摄像头，用于对发射光纤的出光端面和接收光纤的入光端面进行拍摄； 视频采集卡，用于采集显微摄像头拍摄到的视频信号，并将所述视频信号传输至系统 控制单元。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微悬臂探针单元还包括 信号发生器，用于依据系统控制单元的控制，向高频压电块输出驱动信号；高频压电块，用于根据所述驱动信号产生伸缩位移或者按照预置频率、幅值进行振动；则所述弹性微悬臂的另一端固定于高频压电块上，弹性微悬臂依据高频压电块的运动 带动微探针产生垂直位移。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述弹性微悬臂根据微探针的垂直位移带动微平板测头相对于发射光纤的出光端面 和接收光纤的入光端面进行无接触垂直移动；所述微平板测头的顶端的初始位置位于发射光纤和接收光纤的轴线上。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三维扫描单元包括三维扫描台，用于固定待测量样品，并根据驱动电压带动样品在空间X、Y、Z三个方向 做平移扫描；高压稳压源，用于依据系统控制单元的控制向三维扫描台输出驱动电压，驱动三维扫 描台进行运动。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统控制单元包括系统控制接口，用于向信号发生器和高压稳压源输出工控机的控制信号，以及接收A/D 采集卡的电信号和视频采集卡的视频信号；监视器，用于对发射光纤的出光端面和接收光纤的入光端面进行可视化监视；工控机，用于产生控制信号，以及对接收到的电信号、微探针产生的垂直位移和样品的 平面扫描位置进行数据处理，获得样品的表面结构。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量系统的工作模式包括接触式、非接触式和轻敲式。
9.一种基于光纤传感的扫描探针表面测量方法，其特征在于，包括依据系统控制单元的监视，通过光纤对准单元对发射光纤和接收光纤进行轴对准；依据系统控制单元的控制，使样品做三维移动扫描；同时通过微悬臂探针单元调整弹 性微悬臂的位置，改变微探针在样品表面上的位置，并带动微平板测头产生垂直位移，改变 入射到接收光纤的光功率；通过光纤位移传感单元检测发射光纤入射到接收光纤的光功率，并将所述光功率转换 成电信号输入到系统控制单元；在系统控制单元中对接收到的电信号和微探针在样品表面上的位置进行数据处理，获 得样品的表面结构。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述测量方法的工作模式包括接触式、非接触式和轻敲式。
全文摘要
本发明提供了一种基于光纤传感的扫描探针表面测量系统和测量方法，所述系统包括光纤位移传感单元，用于检测发射光纤入射到接收光纤的光功率，将光功率转换成电信号输入系统控制单元；光纤对准单元；微悬臂探针单元，用于通过改变弹性微悬臂的位置或弹性形变，调整微探针在样品表面上的位置，并带动微平板测头产生垂直位移，改变入射到接收光纤的光功率；三维扫描单元，用于使样品做三维移动扫描；系统控制单元，用于对上述单元的运动进行监视或控制，并对接收到的电信号和微探针在样品表面上的位置进行数据处理，获得样品的表面结构。本发明结构简单、光学器件少、稳定性好；可以实现高分辨率、大范围超精表面的检测。
文档编号G01B11/00GK101833018SQ20101018500
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者李玉和, 祁鑫, 胡小根, 魏琼 申请人:清华大学