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本發(fā)明公開了一種可溯源白光干涉原子力探針自動定位工件方 法，該方法包括如下步驟：在納米級位移平臺運(yùn)動之前記錄下激光干 涉位移計量系統(tǒng)的初始位移；接著其在垂直方向上快速產(chǎn)生一個適量 的位移，在位移發(fā)生后通過零級條紋的移動量是否在閾值范圍內(nèi)來判 斷原子力探針是否定位到工件，而如果納米級垂直位移平臺在到達(dá)極 限的位移運(yùn)動時還未定位到工件，記錄下其最終位置，并將納米級垂 直位移平臺復(fù)位，重復(fù)上述步驟，直至定位到工件。按照本發(fā)明設(shè)定 的自動定位的方法，不受原子力探針與工件之間的距離限制，同時在定位過程中對位移進(jìn)行計量，可實現(xiàn)可溯源，而采用零級條紋的移動 量來判斷探針是否定位到工件具有定位快速和高精度的顯著效果。 

本發(fā)明公開了一種原子力探針位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)。包括探針座，調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)和連接頭。其中探針座用于原子力探針的安裝固定;調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 包括由下至上的第一調(diào)節(jié)部件、第二調(diào)節(jié)部件、第三調(diào)節(jié)部件以及第 四調(diào)節(jié)部件，分別用于原子力探針的里外水平偏擺、左右水平和上下 旋轉(zhuǎn)、上下俯仰以及上下豎直位姿調(diào)節(jié);連接頭用于與顯微物鏡相連。 本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)原子力探針姿態(tài)在五個自由度上的細(xì)微調(diào)節(jié)，各個調(diào) 節(jié)動作相互獨(dú)立，彼此不發(fā)生干涉，互不影響，提高了探針姿態(tài)的調(diào) 節(jié)精度;且能夠?qū)φ{(diào)節(jié)后的位姿進(jìn)行鎖定，使其保持穩(wěn)定。

本發(fā)明公開了一種基于白光干涉原子力探針掃描顯微鏡探針系 統(tǒng)的成像自動調(diào)整裝置自動及其控制方法，該裝置主要包括計算機(jī)， 夾持機(jī)構(gòu)及鉸鏈機(jī)構(gòu)，原子力探針及其探針組件，白光干涉顯微系統(tǒng)， 面 CCD 光路連接筒。在白光干涉原子力探針顯微鏡連接完成的情況 下，根據(jù)面 CCD 上探針的成像與面 CCD 坐標(biāo)系的水平夾角，通過計算機(jī)來控制舵機(jī)偏轉(zhuǎn)一定的角度，使得原子力探針在面 CCD 中的成像 與面 CCD 坐標(biāo)系中的夾角在誤差范圍內(nèi)，從而得到測量的結(jié)果有較小 的測量誤差。本發(fā)明可以實現(xiàn)探針在面 CCD 中的成

原子力顯微鏡是具有極高分辨率和穩(wěn)定性的表面測量儀器，是納米技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。同時這項技術(shù)已廣泛應(yīng)用于材料、生物、化學(xué)和環(huán)境等領(lǐng)域。本裝置利用自動化、光電轉(zhuǎn)換、光杠桿原理等技術(shù)，形象的演示了其工作原理。并通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的微弱的相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)信息。

實驗原理 AFM是SPM家族中應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的表面觀察與研究工具之一。其工作原理基于原子之間的相互作用力。當(dāng)一根十分尖銳的微探針在縱向充分逼近樣品表面至數(shù)納米甚至更小間距時，微探針尖端的原子和樣品表面的原子之間將產(chǎn)生相互作用的原子力。原子力的大小與間距之間存在一定的曲線關(guān)系。在間距較大的起始階段，原子力表現(xiàn)為引力，隨著間距的進(jìn)一步減小，由于價電子云的相互重疊和兩個原子核的電荷間的相互作用，原子力又轉(zhuǎn)而表現(xiàn)為排斥力。這種排斥力隨著間距的縮短而急劇增大。AFM正是利用原子力與間距之間的這些關(guān)系，通過檢測原子間的作用力而獲得樣品表面的微觀形貌的。   儀器概述 AFM采用對微弱力極其敏感的微懸臂作為力傳感器──微探針。微懸臂一端固定，另一端置有一與微懸臂平面垂直的金字塔狀微針尖。當(dāng)針尖與樣品之間的距離逼近到一定程度時，兩者間將產(chǎn)生相互作用的原子力，其中切向力（摩擦力）Ft使微懸臂扭曲，法向（縱向）力Fn將推動微懸臂偏轉(zhuǎn)。我們所關(guān)心的主要是縱向力Fn，它與針尖──樣品間距成一定的對應(yīng)關(guān)系，即與樣品表面的起伏具有對應(yīng)關(guān)系。微懸臂的偏轉(zhuǎn)量十分微小，無法進(jìn)行直接檢測，采用光學(xué)方法將偏轉(zhuǎn)量放大，可推知微懸臂偏轉(zhuǎn)量（即原子力）的大小，最終獲得樣品表面的微觀形貌。   儀器特點(diǎn) 特有的臥式探頭 臥式AFM探頭設(shè)計，使原子力作用方向與重力方向垂直而互不干擾；降低了探頭的整體重心；克服了原有粗調(diào)與微調(diào)逼近機(jī)構(gòu)的垂直蠕動；具有獨(dú)特的臥式可視化光路。探頭及儀器性能更加穩(wěn)定和優(yōu)越。   穩(wěn)定的三軸壓電掃描器 采用互相正交的三軸壓電陶瓷掃描控制器，X、Y、Z三軸壓電陶瓷之間互不耦合，可保證掃描圖像不因耦合而失真；掃描器具有更好的掃描線性和獨(dú)立性、更高的強(qiáng)度和剛度，兼具更強(qiáng)的掃描驅(qū)動力，能同時適用于較小與較大、較輕與較重樣品的掃描成像。   優(yōu)化的檢測與控制系統(tǒng) 采用優(yōu)化的微納米掃描與反饋控制電路系統(tǒng)，配以多路高精度A/D&D/A控制接口，可獲得更高的掃描分辨率、更好的重復(fù)性和更佳的圖像質(zhì)量。   完善的軟件界面與功能 功能強(qiáng)大、界面友好，可適用于Windows XP/Win7/Win8/Win10等操作系統(tǒng)。一般操作者均可輕松而熟練地掌握，只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)，即可完成從圖像掃描到圖像處理及數(shù)據(jù)信息計算的全部操作。可用鼠標(biāo)任意選擇局部掃描區(qū)域，實現(xiàn)圖像平移、定位和縮放；可設(shè)定掃描次數(shù)并自動控制掃描停止；具有實現(xiàn)X、Y方向的面掃描和線掃描的功能；可獲得樣品表面的納米級三維形貌結(jié)構(gòu)和截面線；高質(zhì)量的彩色/黑白平面圖像顯示與三維立體圖像顯示；具有圖像的二維和三維納米標(biāo)尺標(biāo)注功能及粒徑測量功能；具備納米級表面微觀粗糙度的統(tǒng)計及計算功能；可精確測定樣品表面的微納米級臺階高度和深度；完善的圖像處理功能，包括裁剪、粘貼、旋轉(zhuǎn)、對比調(diào)節(jié)、亮度調(diào)節(jié)、顏色調(diào)整、背景色調(diào)整、圖像平滑、濾波等。   簡單便捷的儀器操作 AFM的操作十分簡單和便捷，一般操作人員即可完成，無需專人操作和維護(hù)。安裝探針、安裝樣品、粗調(diào)和微調(diào)進(jìn)樣、圖像掃描、圖像存儲等操作，均可在1分鐘內(nèi)完成。特別適用于科學(xué)研究、教學(xué)實驗及產(chǎn)品檢測。   高穩(wěn)定性與抗干擾能力 AFM既可在良好的實驗條件下完美工作，也可在有一般實驗室、普通桌面、有輕微振動、有環(huán)境干擾、有光照等條件下正常運(yùn)作，快速掃描觀察各種微納米樣品，獲得理想的圖像和微納米結(jié)構(gòu)信息。具備更好的穩(wěn)定性和抗震性，更強(qiáng)的抗（光、電、磁等）干擾能力，更快的掃描速度（最快1幅圖像/1~6秒，作為對比，進(jìn)口儀器的掃描速率一般為1幅圖像/10~20分鐘甚至更慢）。   高適用性廣泛應(yīng)用領(lǐng)域 可同時適用于科學(xué)研究、本科生和研究生的教學(xué)實驗及納米技術(shù)產(chǎn)品的檢測，廣泛適用于各種金屬/非金屬、導(dǎo)體/非導(dǎo)體、磁性/非磁性材料樣品的掃描檢測。對被測材料樣品無特殊要求，免去繁瑣的樣品制備過程，可直接掃描獲得微納米結(jié)構(gòu)信息。   實驗內(nèi)容與典型實驗數(shù)據(jù) 部分掃描測試樣品的AFM圖像   部件列表 描述 數(shù)量 原子力顯微鏡探頭 1 控制機(jī)箱 1 直流高壓電源 1 A/D&D/A控制接口卡 1 AFM微探針 15組60 tips USB光學(xué)顯微鏡 1 一體機(jī), 含AFM掃描控制軟件 1 樣品 5 剪刀、鑷子、啟子、放大鏡等工具 1

本發(fā)明屬于白光干涉測厚領(lǐng)域，并公開了共焦白光偏振干涉的 多層透明介質(zhì)厚度測量裝置和方法。包括被測物、第三透鏡、第二透 鏡、第二小孔構(gòu)成共焦結(jié)構(gòu)，平行白光經(jīng)第二棱鏡后，一束作為測量 光束經(jīng)第三透鏡匯聚到被測表面，另一束作為參考光束經(jīng)過多次反射 后與從被測表面反射回來的測量光束發(fā)生干涉，在第二棱鏡和第二透 鏡之間設(shè)置提高干涉條紋的對比度的可旋轉(zhuǎn)偏振片，實現(xiàn)在第一圖像 傳感器上形成高對比度干涉條紋。本發(fā)明還公開了利用上述裝置進(jìn)行 測量的方法。

原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)，是一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生形變或運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化。掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面形貌結(jié)構(gòu)信息及表面粗糙度信息。 原子力顯微鏡主要由帶針尖的微懸臂，微懸臂運(yùn)動檢測裝置，監(jiān)控其運(yùn)動的反饋回路，使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件，計算機(jī)控制的圖像采集、顯示及處理系統(tǒng)組成。微懸臂運(yùn)動可用如隧道電流檢測等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測，當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM 測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。

項目簡介 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)，是一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發(fā)生形變或運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化。掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面形貌結(jié)構(gòu)信息及表面粗糙度信息。原子力顯微鏡主要由帶針尖的微懸臂，微懸臂運(yùn)動檢測裝置，監(jiān)控其運(yùn)動的反饋回路，使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件，計算機(jī)控制的圖像采集、顯示及處理系統(tǒng)組成。微懸臂運(yùn)動可用如隧道電流檢測等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測，當(dāng)針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM 測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。a 傳統(tǒng)的商業(yè)CAFM 針尖圖  b 覆蓋有石墨烯層的CAFM 針尖應(yīng)用范圍原子力顯微鏡(AFM) 在許多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域中得到廣泛使用，是超微觀察工具，特別是對于不具有導(dǎo)電性的生物樣品和有機(jī)材料等，AFM 同樣可以提供較高分辨率的表面形貌圖像。同時，AFM 還具有操縱和改造原子、分子世界的手段。原子力顯微鏡為了避免加寬效應(yīng)，一般通過電子束加工針尖使其曲率半徑達(dá)到幾個納米，來提高圖像的分辨率和準(zhǔn)確度。但仍然存在著一些局限性，例如：針尖性質(zhì)的變化很大，獲得高分辨率的圖像變得很難。另外，針尖掃描時的磨損對分辨率也有影響。AFM 能獲得原子分辨率，主要是因為在其針尖的表面存在著原子級的突起，構(gòu)成了與樣品的實際接觸。但是這些突起的尺寸形狀和化學(xué)組成是未知的，而且在實驗中經(jīng)常發(fā)生改變，因此獲得可信賴的針尖是成像過程中獲得高分辨率的關(guān)鍵。不同的針尖適用于AFM 不同的應(yīng)用領(lǐng)域。導(dǎo)電原子力顯微鏡（CAFM）采用固體金屬作AFM 的針尖，對材料進(jìn)行納米尺度的電學(xué)表征依然存在著同樣的困擾。 項目階段北京大學(xué)工學(xué)院研究團(tuán)隊利用單層石墨烯包覆CAFM 金屬針尖，發(fā)現(xiàn)石墨烯包覆的針尖保留了包覆前針尖的形狀，并且包覆的針尖能承受非常高的電流和摩擦力。新型針尖具有穩(wěn)定、耐磨、壽命長、圖像失真度低等優(yōu)點(diǎn)，很好的解決了現(xiàn)有AFM 針尖中存在的問題，提高了AFM 的儀器性能。知識產(chǎn)權(quán)該項研究已經(jīng)申請了歐洲專利，納米技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域的諸多公司表現(xiàn)出了對該項研究成果的強(qiáng)烈興趣。合作方式 技術(shù)轉(zhuǎn)讓、合作開發(fā)、技術(shù)入股。

本發(fā)明公開了一種基于白光干涉定位原理的比較儀及其測量方法，該比較儀包括測量探針、測量物鏡、干涉顯微鏡、垂直掃描工作臺、滑塊、CCD 成像單元、立柱、移動量檢測單元以及水平工作臺，其中垂直掃描工作臺設(shè)置在立柱上，并由粗驅(qū)機(jī)構(gòu)上下驅(qū)動；干涉顯微鏡和 CCD 成像單元固定在設(shè)置于垂直掃描工作臺的滑塊上，并由精驅(qū)機(jī)構(gòu)上下驅(qū)動；移動量檢測單元對滑塊的移動量進(jìn)行檢測輸出；測量探針可繞樞軸轉(zhuǎn)動地設(shè)置在與干涉顯微鏡鏡體豎直相連的支撐桿上，用于對被測對象相接觸；測量物鏡用于對光進(jìn)行匯聚并形成干涉條紋。通過本發(fā)明，能夠

本發(fā)明公開了一種原子力探針位姿調(diào)節(jié)裝置,包括探針座，調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)和連接頭。其中探針座用于原子力探針的安裝固定；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包 括由下至上的第一調(diào)節(jié)部件、第二調(diào)節(jié)部件、第三調(diào)節(jié)部件、第四調(diào) 節(jié)部件以及第五調(diào)節(jié)部件，分別用于原子力探針的里外水平偏擺、左 右水平、上下旋轉(zhuǎn)、上下俯仰以及上下豎直位姿調(diào)節(jié)；連接頭用于與 原子力探針測量系統(tǒng)的顯微物鏡相連。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)原子力探針任 意姿態(tài)的細(xì)微調(diào)節(jié)，各個調(diào)節(jié)動作相互獨(dú)立，互不影響，提高了探針 姿態(tài)的調(diào)節(jié)精度；且能夠?qū)φ{(diào)節(jié)后的位姿進(jìn)行鎖定，使其保持穩(wěn)定， 進(jìn)一步保證原子力探針測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。