“ 在各种应用中，样品的精确定位是十分重要的。虽然采用粘滑压电技术的定位系统提供了多种可能性，但在某些应用中不希望出现滑移行为。在这种情况下，压电扫描平台显示出它们的全部潜力，因为它们可以在几微米的范围内非常准确地定位样品。”

实验装置

在实验中，SmarAct的压电扫描平台配备了光学编码器，反馈回路由运动控制器(MCS2, SmarAct)闭环控制。导致压电陶瓷膨胀的电压由一个16位数模转换器控制。该扫描平台的总扫描范围为55 μm，这使得16位分辨率下可实现的最小理论步长约为55 μm/2¹⁶= 0.85 nm。

为了验证定位分辨率，使用了PICOSCALE激光干涉仪(V2)。传感器头部与安装在压电扫描平台顶部的反射镜对齐。因此，干涉仪将通过反射镜测量扫描仪的位移。图1显示了系统装置的照片，图2显示了PICOSCALE激光干涉仪V2。

图1所示，实验装置。三个PICOSCALE传感器头(标记为1-3)与安装在压电扫描平台上的反射镜对齐。PICOSCALE进行反馈回路外的测量。干涉仪的有效工作距离(即从传感器头到目标镜的距离)约为56 mm。

图2，PICOSCALE干涉仪V2。控制器上最多可以连接三个传感器头，该控制器包含一个激光光源、检测电子器件、基于fpga的快速数据处理和几个接口。

实验结果

压电扫描平台被命令以每秒1nm和2nm的步长来回执行10步的运动序列。扫描平台的位置由内部光学编码器控制，并使用PICOSCALE测量(见图3)。

图3，测量10步来回，步长分别为1nm和2nm。测量在扫描平台顶板上方1.5 mm处进行的，并在扫描平台中心位置通过平均PICOSCALE的第2通道和第3通道进行评估。测量带宽≈35 Hz，平均位置数据点通过在每个步骤中心平均10个单独位置数据点来确定的。数据通过传感器头和反射镜之间的线性漂移(< 0.1 nm s^-1)进行校正。

图4中，展示了转折点的步进的特写。这些步进可以清晰地被识别出来。

数据上的表观噪声主要是由数模转换器的驱动电压分辨率(如上所示的0.85nm/bit)、光学编码器读数的噪声以及装置中的残余振动引起的。干涉仪的传感器噪声预计小于0.2nm_rms[1]。

通过对图4所示的每个平台上的数据进行平均，并评估两个后续步骤之间的差异，来分析压电扫描平台的步长。表1和表2分别总结了两个步长的结果。

表1——2 nm步长(每个方向10步)的统计。

表一，2 nm步长(每个方向10步)的统计。

表2——1 nm步长(每个方向10步)的统计。

 

表二，1 nm步长(每个方向10步)的统计。

高性能定位解决方案在开发和质量控制过程中需要高精度的计量。在本应用笔记中，我们展示了使用PICOSCALE nterferometer进行的合格测量。闭环运动以亚纳米分辨率进行了验证，使压电扫描平台和计量设备都符合高精度定位应用的要求。

反馈意见

“ PICOSCALE Interferometer V2具有非常低的固有噪声，使我能够更深入地了解我们的压电扫描平台的特性。 这将促进发展，并提供高质量的规格，我们的客户肯定会非常欣赏。”

Hendrik-Marten Meyer, Development Engineer Positioning Technology at Smaract