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

　　自動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的開發(fā)是尤為重要的。德國弗勞恩霍夫高頻物理和雷達技術(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），該雷達測量系統(tǒng)在-3.9 um至+2.8 um之間實現(xiàn)了-0.5-0.4 um的超高精度。這種新型的高精度雷達傳感器將會應(yīng)用于許多全新的汽車自動駕駛領(lǐng)域。

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

圖1.1 緊湊型FMCW傳感器的照片

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

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

　　半導(dǎo)體光刻系統(tǒng)中的晶圓級輕量化移動結(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)計了一種基于德國attocube干涉儀IDS3010的測量結(jié)構(gòu)，以此來詳細地研究由光壓導(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25個M12/F40激光探頭組成的網(wǎng)格，用于監(jiān)測納米級的無軸承平面電機內(nèi)部的移動器變形。實驗?zāi)康氖峭ㄟ^對無軸承平面的力分布進行適當?shù)难a償，從而有效控制轉(zhuǎn)臺的變形。實驗測得最大形變量為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

圖2.1 左側(cè)為5X5排列探頭測量裝置示意圖，右圖為實物圖

圖2.2 無軸承磁懸浮機臺形變量的測量結(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，每個探針平均掃描時間的減少對于由束流造成的損傷是至關(guān)重要的。同時，系統(tǒng)的振動或漂移會嚴重影響系統(tǒng)的實時分辨率。而在結(jié)晶學(xué)等光學(xué)實驗中，掃描時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（升級后的型號為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驗裝置的穩(wěn)定性。實驗是在德國DESY Photon Science中心佩特拉III期同步加速器的P10光束線站上進行的。attocube公司的激光干涉儀PFS3010用來檢測樣品校準電機引起的振動和沖擊產(chǎn)生的串擾。基于這些測量，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)

圖3.1 實驗得到的系統(tǒng)分辨率結(jié)果

　　4.IDS3010激光干涉儀在微小振動分析中的應(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、拓撲的一維邊緣模式。全球頂級研究機構(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械超材料結(jié)構(gòu)來模擬二維的拓撲絕緣體，首次在實驗上觀測到了聲子四極拓撲絕緣體。這一具有重要意義的結(jié)果第一時間被刊登在Nature上（doi:10.1038/nature25156）。研究人員通過測試一種機械超材料的體、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)。這為實驗實現(xiàn)高維度的拓撲超材料奠定了重要基石。德國attocube公司的激光干涉儀IDS3010被用于超聲-空氣轉(zhuǎn)換器激勵后的機械超材料振動分析。IDS3010能到探測到機械超材料不同位置的微小振動，以識別共振頻率。最終實現(xiàn)了11.2 pm的系統(tǒng)誤差，為聲子四極拓撲絕緣體的實驗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)

圖4.1 實驗中對對機械超材料微小振動的頻率分析

　　5. IDS3010激光干涉儀在快速機床校準中的應(yīng)用

　　德國亞琛工業(yè)大學(xué)（Rwth Aachen University，被譽為“歐洲的麻省理工”）機床與生產(chǎn)工程實驗室（WZL）生產(chǎn)計量與質(zhì)量管理主任的研究人員利用IDS3010讓機床自動校準成為可能，這又將極大的提高機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床中，實現(xiàn)對機床的自動在線測量。這使得耗時且需要中斷生產(chǎn)過程的安裝和卸載校準設(shè)備變得多余。研究人員建立了一個單軸裝置的原型，利用IDS3010進行位置跟蹤。其他傳感器如CMOS相機被用來檢測俯仰和偏擺。校準結(jié)果與常規(guī)校準系統(tǒng)的結(jié)果進行了比較，六個運動誤差（位置、俯仰、偏擺、Y-直線度、Z-直線度）對這兩個系統(tǒng)顯示出良好的一致性。值得指出的是，使用IDS3010的總時間和成本顯著降低。該裝置演示了自動校準機床的第一個原型，而且自動程序減少了機器停機時間，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)

圖5.1 自動校準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)計精確的錐束C-T系統(tǒng)的一大挑戰(zhàn)。近期，瑞士聯(lián)邦計量院（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。該實驗共有八個軸用于位移跟蹤。除了測量位移之外，該實驗裝置還能夠進行樣品臺的角度誤差分析。最終實現(xiàn)非線性度小于0.1 um，錐束穩(wěn)定性在一小時內(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

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，用于制造集成電路封裝。該系統(tǒng)包括用于在燒結(jié)站和槽模涂布臺之間傳送工件的空氣軸承線性導(dǎo)軌。為滿足導(dǎo)軌對定位精度高的要求，該系統(tǒng)采用德國attocube公司的皮米精度干涉儀IDS3010來進行位置的精確跟蹤。

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　　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

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，對系統(tǒng)穩(wěn)定性提出了更高的要求。在整個實驗過程中，必須確保各個組件以及組件之間的熱穩(wěn)定性和機械穩(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是對上述X射線顯微鏡裝置的所有部件進行機械控制的不二選擇，使得整個X射線顯微鏡實現(xiàn)了40 nm的分辨率，而在數(shù)據(jù)收集所需的整個時間內(nèi)系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)于45 nm。

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

8.1熒光X射線顯微鏡的高分辨成像結(jié)果