为解决精密定位平台大运动行程与大扫描范围之间的矛盾性问题, 实现大行程跨尺度纳米定位, 该文提出了一种基于双压电陶瓷驱动原理的精密定位平台。该装置结合了粘滑驱动定位平台大运动行程、压电扫描器大扫描范围及高分辨率的优点。平台由基座、驱动模块、柔性铰链机构和导轨组成。驱动模块包括大、小压电陶瓷, 大、小压电陶瓷分别以扫描和步进模式驱动定位平台。实验表明, 该精密定位平台最大运动行程为21 mm, 最大扫描范围为4.9 μm, 最小分辨率为16 nm, 水平运动方向最大步进运动速度可达10 mm/s, 满足大行程、大扫描范围兼容的要求。

研究了阵列波导激光相控阵的光束偏转特性, 计算出光学相控阵的偏转角度与阵列波导相关参量之间的关系, 绘制出光束偏转角与相关参量间的关系曲线。分析了阵列波导激光相控阵的三个性能指标: 扫描范围、分辨率及能量效率, 研究各阵列波导参数对于此三项指标的影响, 据此分析出最优化的参数设计。根据阵列波导激光相控阵原理设计了仿真实验界面, 自定义参数模拟光束的偏转效果。

为提高白光干涉轮廓仪的测试效率，提出了一种空间扫描范围自适应规划方法。构建了相应的测试系统，选择能量梯度函数用于系统最佳干涉位置的定位。使用ViBe算法对最佳干涉位置处电荷耦合元件(CCD)图像中的干涉条纹进行提取，并对提取结果进行二值化处理。实验结果表明，该方法能够准确识别扫描上下限位置。

提出采用光纤激光相控阵光源在深空通信中组成全光组网的新方法, 模拟了1.55 μm的光纤激光相控阵光源在深空通信中的远场相对光强图, 得到了通过改变阵元之间的相位控制扫描角度, 阵元数目为2×2, 波长为1.55 μm, 纤芯半径为10 μm, 阵元在间距80 μm时, 扫描角度为[±]0.990 9°, 发现了利用光纤激光相控阵光源在深空全光组网高速通信中具有动态角度可扫描优势。

本文提出和发展了一种多扫描方式的新型原子力显微镜 (AFM)技术及系统。该系统拥有三个不同的扫描器, 以相互组合的方式实现三种不同的扫描方式, 由管状压电陶瓷驱动的柔性结构扫描器, 采用样品扫描方式, 对于小尺寸样品能够提供高分辨率的快速扫描; 由叠层式压电陶瓷驱动的扫描器, 采用探针扫描方式, 提供各类样品的大范围扫描; 由步进电机驱动的扫描器, 采用样品扫描方式, 能够实现大尺寸样品的大范围扫描。三种方式的单幅图像扫描范围可分别达到 4 μm×4 μm、20 μm×20 μm、40 μm×40 μm。实验结果表明, 借助于上述多扫描方式及独特的结构设计, 该 AFM不仅具有分辨率高、扫描速度快、重复性好等优化性能, 而且能同时实现各类尺寸样品的各种扫描范围的微纳米成像, 具有更好的实用性, 可望在微纳米技术领域获得广泛应用。

A novel large-stage atomic force microscope (AFM) for nondestructive characterization of optical thin films is built. An open sample stage and a probe unit are employed to measure samples with large size and weight. Three optical thin films with large areas are imaged using this AFM without needing to cut the pieces apart. Experimental results show that the maximum scanning range for one single image can reach 20×20 (μm) while keeping a high resolution laterally and vertically. The maximum possible size of a sample is 600×1000 (mm). The new AFM is capable of performing wide-range and high-resolution characterizations of large samples such as large-area optical thin films.

A scanned-cantilever atomic force microscope (AFM) with large scanning range is proposed, which adopts a new design named laser spot tracking. The scanned-cantilever AFM uses the separate flexure x-y scanner and z scanner instead of the conventional piezoelectric tube scanner. The closed-loop control and integrated capacitive sensors of these scanners can insure that the images of samples have excellent linearity and stability. According to the experimental results, the scanned-cantilever AFM can realize maximal 100*100 (micron) scanning range, and 1-nm resolution in z direction, which can meet the requirements of large scale sample testing.