偏振光干涉原子力显微镜测头：1nm高精度技术

"该文介绍了一种新型的原子力显微镜(AFM)测头，其设计基于偏振光干涉原理，旨在提升测头的抗干扰能力和分辨率。该测头利用激光光路和Wollaston棱镜组来探测针尖的微小位移，从而实现更高灵敏度的测量。文中详细分析了测头设计的关键要素，包括焦点在探针悬臂梁上的聚焦可行性，并通过实验验证了Wollaston棱镜组在改变光程差方面的作用。此外，设计的共光路Nomarski干涉仪光路结构紧凑，能够有效降低噪声，提高测量精度。实验结果显示，该测头系统的轴向分辨精度可达1纳米，对原子力显微镜的测量技术具有显著的提升作用。" 在原子力显微镜技术中，测头的性能直接影响到成像质量和测量精度。传统的测头可能受到环境干扰，导致测量结果不准确。因此，研究者采用偏振光干涉的方法，这是一种利用光的偏振性质来检测微小位移的技术。在该设计中，激光光源经过特殊处理，使其在经过Wollaston棱镜组时产生光程差，这个光程差的变化可以直接对应到针尖的微小移动。Wollaston棱镜是一种双折射棱镜，能够将一束入射光分解为两束具有相位差的正交偏振光，通过监测这两束光的干涉变化，可以极其精确地探测到位移。 Nomarski干涉仪是另一种关键组件，它采用共光路设计，即两束偏振光在同一路线上传播，这有助于减少外部噪声的影响，因为所有光线都经历相同的光学路径。这种设计使得整个系统更加稳定，提高了测量的信噪比，从而实现更高的轴向分辨能力。 通过实验，该测头成功实现了1纳米的轴向分辨精度，这是一个显著的成就，意味着它可以捕捉到原子级别的微小变化。这对于材料科学、生物科学以及纳米技术等领域具有重要的应用价值，能够帮助科学家们更深入地研究表面结构和分子行为。 这项研究提出了一种创新的AFM测头设计，结合偏振光干涉和Nomarski干涉仪技术，显著提升了测量精度和抗干扰能力，为原子力显微镜的未来发展提供了新的可能性。