[发明专利]微纳米尺度动态耦合振动的单点跟踪测量方法

摘要

一种微纳米尺度动态耦合振动的单点跟踪测量方法。首先使AFM探针在未接触平板扫描器表面的情况下，驱动压电扫描器带动探针以一定频率和幅值进行X方向往复扫描运动，实时记录探针Z方向偏转以获得压电扫描器Z方向振动模态；然后通过自动进针及扫描器微调使探针与平板扫描器表面接触，再控制平板扫描器在X方向与探针同步运动，记录探针Z方向偏转以获得压电扫描器与平板扫描器同步运动振动模态；最后将记录的同步运动振动模态和压电扫描器振动模态相减，即可得平板扫描器某一位置点X方向运动引起的Z方向耦合振动模态。

主权项

1.一种微纳米尺度动态耦合振动的单点跟踪测量方法，其特征在于，所述的测量方法基于原子力显微镜，通过同步跟踪平板扫描器X轴方向单点动态运动过程，测量Z轴方向的微纳米尺度耦合振动；所述方法的具体步骤为：1）确定原子力显微镜压电扫描器Z方向振动模态；2）设置原子力显微镜自动进针过程及探针初始状态；3）确定压电扫描器与平板扫描器同步运动振动模态；4）确定平板扫描器Z轴方向耦合振动模态；所述步骤1）确定原子力显微镜压电扫描器Z方向振动模态的方法为：原子力显微镜控制器（6）控制压电扫描器（5）带动探针（3）在未接触平板扫描器（7）的表面时，以频率f_x和幅值S_x进行X方向往复扫描运动，通过光电传感器（1）感应从探针（3）背面反射回来的发射自激光光源（2）的激光束来测量探针（3）的Z方向偏转情况，从而获得压电扫描器（5）Z方向振动模态为式中：t为时间，A′为探针（3）Z方向的偏转振幅，ω为探针（3）Z方向偏转的角速度，为探针（3）Z方向偏转的初始相位角；所述步骤2）设置AFM自动进针过程及探针初始状态的方法为：步进电机（4）带动探针（3）向平板扫描器（7）的表面逼近，当光电传感器（1）检测到从探针（3）背面反射过来的光斑信号发生偏转超过100mv时，停止步进电机（4），原子力显微镜的自动进针过程完成；为防止由于探针（3）在测振过程中与平板扫描器表面脱离导致的探针自激振荡影响，通过调整压电扫描器（5）的Z方向伸长量，使光电传感器（1）偏转电压达到400mv，使探针始终接触平板扫描器表面；所述步骤3）确定压电扫描器与平板扫描器同步运动振动模态方法为：控制器（6）分别控制压电扫描器（5）带动探针（3）和平板扫描器（7）在X轴方向以频率f_x和幅值S_x同步往复扫描运动，保持探针（3）与平板扫描器（7）在X轴方向相对位置固定于点x_i，通过光电传感器（1）检测探针（3）的Z方向偏转情况，测出压电扫描器（5）与平板扫描器（7）同步运动振动模态为式中：A为平板扫描器（7）的Z方向耦合振动引起探针（3）的Z方向偏转振幅，为平板扫描器（7）的Z方向耦合振动引起探针（3）的Z方向偏转的初始相位角；所述步骤4）确定平板扫描器（7）Z轴方向耦合振动模态的方法为：将压电扫描器与平板扫描器同步运动振动模态S′′(t)与压电扫描器振动模态S′(t)相减，即得到平板扫描器Z轴方向耦合振动模态S(t)＝S′′(t)-S′(t)。