隨(sui)著先進的(de)(de)(de)設(she)備和工藝的(de)(de)(de)發展,使納(na)米(mi)量(liang)級(ji)的(de)(de)(de)測量(liang)成為(wei)可能。例如(ru),變相光學干涉儀測量(liang)物體的(de)(de)(de)表面粗(cu)糙度(du),目前(qian)可以達(da)到1納(na)米(mi)的(de)(de)(de)分辨(bian)率(lv)。在(zai)半導體領域,已生產出(chu)線寬(kuan)在(zai)亞微米(mi)量(liang)級(ji)的(de)(de)(de)集(ji)成電路,提出(chu)測量(liang)準確率(lv)小于(yu)50納(na)米(mi)的(de)(de)(de)精度(du)要求(qiu)。
這(zhe)樣(yang)的應用(yong)對系統(tong)中不同元(yuan)件(jian)相關(guan)配合(he)精度和穩(wen)定性提出了(le)極(ji)高的要求。
例如,用顯(xian)微鏡(jing)對(dui)圖像(xiang)(xiang)(xiang)進行高度(du)放大(da)的(de)(de)成像(xiang)(xiang)(xiang)系(xi)統(tong),顯(xian)微鏡(jing)和照像(xiang)(xiang)(xiang)物鏡(jing)共同決(jue)定(ding)了相(xiang)紙(zhi)上每(mei)點(dian)的(de)(de)圖像(xiang)(xiang)(xiang)。如果(guo),在(zai)曝光(guang)(guang)過程中光(guang)(guang)學系(xi)統(tong)的(de)(de)每(mei)一(yi)(yi)部分(fen)(照明系(xi)統(tong)、樣品、顯(xian)微鏡(jing)光(guang)(guang)學系(xi)統(tong)、成像(xiang)(xiang)(xiang)光(guang)(guang)學系(xi)統(tong)和相(xiang)紙(zhi)平(ping)面)都精(jing)確地(di)一(yi)(yi)同移動,不存(cun)在(zai)相(xiang)對(dui)位移,成像(xiang)(xiang)(xiang)也會(hui)很(hen)清晰。如果(guo)樣品相(xiang)對(dui)物鏡(jing)產生了運(yun)動,則像(xiang)(xiang)(xiang)就會(hui)模糊。在(zai)光(guang)(guang)學干涉測(ce)量、全(quan)息及運(yun)用相(xiang)似的(de)(de)規(gui)律時,控制相(xiang)對(dui)運(yun)動都是很(hen)重(zhong)要的(de)(de)。
在(zai)一(yi)個理(li)想的(de)(de)剛(gang)性(xing)體內(nei)部(只在(zai)理(li)論上存在(zai)),任何兩點(dian)的(de)(de)相對位(wei)置都是不變的(de)(de)。也(ye)就是說,在(zai)振動(dong)、靜力矩(ju)或(huo)溫度變化的(de)(de)情況下(xia),任何實體的(de)(de)尺寸和形狀都是不變的(de)(de)。如果所(suo)有(you)的(de)(de)元件都穩固(gu)地連接(jie)成(cheng)一(yi)個理(li)想的(de)(de)剛(gang)性(xing)體,不同(tong)元件之間沒有(you)相對位(wei)移,系(xi)統的(de)(de)性(xing)能也(ye)會很穩固(gu)。
理想的剛性(xing)(xing)(xing)體是不(bu)存在的。現實中(zhong)的系(xi)統只能(neng)近(jin)似的認為(wei)是剛性(xing)(xing)(xing)的,因此,其(qi)穩定性(xing)(xing)(xing)就要受(shou)到(dao)多方(fang)面因素的影響。例如(ru)外界的振源,系(xi)統的重量,光學平(ping)臺(tai)的結構等等。
為了提(ti)高系統的穩(wen)定性,我們可以從以下的幾個方面(mian)來著手。
1.將系統與(yu)振源隔離。
外界的(de)振(zhen)源來(lai)源很多,比如地面的(de)自振(zhen),各種聲音等等。但(dan)是(shi)影響*大(da)的(de)是(shi)各種低頻的(de)振(zhen)源,主要集中在10~100Hz頻率(lv)內。將系(xi)(xi)統(tong)(tong)與這些振(zhen)源隔離(li)可以(yi)有效(xiao)的(de)提(ti)高系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)穩定性(xing)。采用(yong)大(da)阻(zu)尼的(de)空氣彈簧(huang)支撐方式可以(yi)較好的(de)將系(xi)(xi)統(tong)(tong)與振(zhen)源隔離(li)。
2.控制振動的作用。
將系統組裝(zhuang)成動態的剛性(xing)(xing)結構(gou)可以(yi)保(bao)證系統內部的相(xiang)對(dui)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing),且可以(yi)降低在外(wai)界(jie)的影(ying)響下產生共振的幾(ji)率,提高(gao)系統的穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)
3.控(kong)制靜力(li)矩(ju)的作用。
光學平臺(tai)的(de)(de)(de)(de)硬重(zhong)比(bi)對(dui)于(yu)其共振(zhen)頻(pin)率有著(zhu)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響。較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)硬重(zhong)比(bi)可以(yi)(yi)提高平臺(tai)的(de)(de)(de)(de)共振(zhen)頻(pin)率,從而(er)降低其在(zai)(zai)外(wai)界影(ying)(ying)響下(xia)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動。而(er)且(qie)在(zai)(zai)外(wai)力作(zuo)用(yong)下(xia),具(ju)有較(jiao)高硬重(zhong)比(bi)的(de)(de)(de)(de)平臺(tai)可以(yi)(yi)在(zai)(zai)*小的(de)(de)(de)(de)重(zhong)量下(xia)產生(sheng)*小的(de)(de)(de)(de)變形,增加系統(tong)(tong)內部的(de)(de)(de)(de)剛性。內部采用(yong)蜂窩狀(zhuang)支撐結(jie)構的(de)(de)(de)(de)光學平臺(tai)可以(yi)(yi)充(chong)分的(de)(de)(de)(de)提高硬重(zhong)比(bi),達到提高系統(tong)(tong)性能的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。
4.控制溫度變化。
隨著時間的延(yan)續,不規則溫(wen)度變化(hua)會造(zao)成漸(jian)漸(jian)的結構彎曲。減(jian)(jian)小溫(wen)度效應的關鍵(jian)在(zai)于控制環境減(jian)(jian)少溫(wen)度變化(hua)。例如,避免(mian)在(zai)平臺下放(fang)置散(san)熱(re)設備,隔(ge)絕(jue)熱(re)源(yuan)設備和硬件,如光源(yuan)、火焰等。
5.盡可能(neng)將臺面設計成對溫度不(bu)敏(min)感的(de)。
良好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)傳導性(xing)(xing)可起到作(zuo)用(yong),然而(er)(er),在極(ji)(ji)端(duan)特(te)殊的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)中,選(xuan)用(yong)不(bu)(bu)隨溫度(du)變化(hua)而(er)(er)改變外(wai)形尺寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)殊材料是必要的(de)(de)(de)(de)(de)。例如超(chao)不(bu)(bu)脹鋼(gang)(gang),具有極(ji)(ji)小的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)膨脹系數。一米長(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)不(bu)(bu)脹鋼(gang)(gang)在溫度(du)變化(hua)1K時膨脹長(chang)度(du)約(yue)0.2微米。我們提(ti)(ti)供的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)學平臺(tai)(tai)采用(yong)表面鐵(tie)磁不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),芯部蜂(feng)窩(wo)結(jie)(jie)構支撐的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)(jie)構。這種結(jie)(jie)構,不(bu)(bu)但充分的(de)(de)(de)(de)(de)發揮了鐵(tie)磁不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)材料剛(gang)性(xing)(xing)好(hao),溫度(du)膨脹系數小,耐腐蝕的(de)(de)(de)(de)(de)優點,而(er)(er)且(qie)提(ti)(ti)高(gao)了平臺(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)硬(ying)重比(bi),增加了剛(gang)性(xing)(xing),降低(di)了變形量,提(ti)(ti)高(gao)了抗靜力(li)矩能力(li)。而(er)(er)且(qie)鐵(tie)磁不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)耐腐蝕,能吸(xi)附磁性(xing)(xing)底座,可以方便的(de)(de)(de)(de)(de)搭(da)建各種光(guang)學系統(tong)。適用(yong)于承(cheng)載較大,對抗振性(xing)(xing)要求較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)系統(tong)。
我們提(ti)供的(de)(de)光學(xue)平板采用優質鋁(lv)材制造。與鋼材相比(bi),鋁(lv)材硬重比(bi)大(da),有一定的(de)(de)抗振性(xing),溫度(du)傳導性(xing)好(hao),不良環境中溫度(du)形(xing)變小(xiao)(xiao),陽極氧化后(hou)美觀(guan),耐磨,但是鋁(lv)材的(de)(de)剛(gang)性(xing)較差(cha),無法(fa)承載較大(da)的(de)(de)重量。因此一般用于承載較小(xiao)(xiao)的(de)(de)系統種。而(er)且不宜懸(xuan)空支撐。