1.IDS3010激光干涉儀在自動駕駛高分辨調頻連續波（FMCW）雷達中的應用

　　自動駕駛是目前汽車工業最為前沿和火熱的研究，其中可靠和高分辨率的距離測量雷達的開發是尤為重要的。德國弗勞恩霍夫高頻物理和雷達技術研究所（Wachtberg，D）Nils Pohl教授和波鴻魯爾大學（Bochum，D）的研究小組提出了一種全集成硅鍺基調頻連續波雷達傳感器（FMCW），工作頻率為224 GHz，調諧頻率為52 GHz。通過使用德國attocube公司的皮米精度激光干涉儀FPS1010（最新版本為IDS3010），該雷達測量系統在-3.9 um至+2.8 um之間實現了-0.5-0.4 um的超高精度。這種新型的高精度雷達傳感器將會應用于許多全新的汽車自動駕駛領域。

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　　S. Thomas, et al; IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 67, 11, (2019)

圖1.1 緊湊型FMCW傳感器的照片

圖1.2 雷達測距示意圖，左邊為雷達，右邊為移目標，attocube激光干涉儀用來標定測量結果

　　2. IDS3010激光干涉儀在半導體晶圓加工無軸承轉臺形變測量上的應用

　　半導體光刻系統中的晶圓級輕量化移動結構的變形阻礙了高通吐量的半導體制造過程。為了補償這些變形，需要精確的測量由光壓產生的形變。來自世界頂尖理工大學荷蘭Eindhoven University of Technology 的科學家設計了一種基于德國attocube干涉儀IDS3010的測量結構，以此來詳細地研究由光壓導致的形變特性。圖2.1所示為測量裝置示意圖，測量裝置是由5 x 5 共計25個M12/F40激光探頭組成的網格，用于監測納米級的無軸承平面電機內部的移動器變形。實驗目的是通過對無軸承平面的力分布進行適當的補償，從而有效控制轉臺的變形。實驗測得最大形變量為544 nm，最小形變量為110 nm（如圖2.2所示）。

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　　Measuring the Deformation of a Magnetically Levitated Plate displacement sensor

圖2.1 左側為5X5排列探頭測量裝置示意圖，右圖為實物圖

圖2.2 無軸承磁懸浮機臺形變量的測量結果，最大形變量為544 nm

　　3.IDS3010在提高X射線成像分辨率中的應用

　　在硬X射線成像中，每個探針平均掃描時間的減少對于由束流造成的損傷是至關重要的。同時，系統的振動或漂移會嚴重影響系統的實時分辨率。而在結晶學等光學實驗中，掃描時間主要取決于裝置的穩定性。attocube公司的皮米精度干涉儀FPS3010（升級后的型號為IDS3010），被用于測量及優化由多層波帶片（MZP）和基于MZP的壓電樣品掃描儀組成的實驗裝置的穩定性。實驗是在德國DESY Photon Science中心佩特拉III期同步加速器的P10光束線站上進行的。attocube公司的激光干涉儀PFS3010用來檢測樣品校準電機引起的振動和沖擊產生的串擾。基于這些測量，裝置的成像分辨率被提高到了±10 nm。

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　　Markus Osterhoff, et at.; Proceedings Volume 10389, X-Ray Nanoimaging: Instruments and Methods III; 103890T (2017)

圖3.1 實驗得到的系統分辨率結果

　　4.IDS3010激光干涉儀在微小振動分析中的應用

　　電荷極化理論能夠描述中性玻色子系統的布洛赫能帶，它預言二維量子化的四極絕緣體具有帶隙、拓撲的一維邊緣模式。全球頂級研究機構蘇黎世邦理工大學的Sebastian Huber教授課題組巧妙地利用一種機械超材料結構來模擬二維的拓撲絕緣體，首次在實驗上觀測到了聲子四極拓撲絕緣體。這一具有重要意義的結果第一時間被刊登在Nature上（doi:10.1038/nature25156）。研究人員通過測試一種機械超材料的體、邊緣和拐角的物理屬性，發現了理論預言的帶隙邊緣和隙內拐角態。這為實驗實現高維度的拓撲超材料奠定了重要基石。德國attocube公司的激光干涉儀IDS3010被用于超聲-空氣轉換器激勵后的機械超材料振動分析。IDS3010能到探測到機械超材料不同位置的微小振動，以識別共振頻率。最終實現了11.2 pm的系統誤差，為聲子四極拓撲絕緣體的實驗分析提供了有力的支持。

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　　Marc Serra-Garcia, et al.; Nature volume 555, pages 342–345 (2018)

圖4.1 實驗中對對機械超材料微小振動的頻率分析

　　5. IDS3010激光干涉儀在快速機床校準中的應用

　　德國亞琛工業大學（Rwth Aachen University，被譽為“歐洲的麻省理工”）機床與生產工程實驗室（WZL）生產計量與質量管理主任的研究人員利用IDS3010讓機床自動校準成為可能，這又將極大的提高機床的加工精度和加工效率。研究人員通過將IDS3010皮米精度激光干涉儀和其他傳感器集成到機床中，實現對機床的自動在線測量。這使得耗時且需要中斷生產過程的安裝和卸載校準設備變得多余。研究人員建立了一個單軸裝置的原型，利用IDS3010進行位置跟蹤。其他傳感器如CMOS相機被用來檢測俯仰和偏擺。校準結果與常規校準系統的結果進行了比較，六個運動誤差（位置、俯仰、偏擺、Y-直線度、Z-直線度）對這兩個系統顯示出良好的一致性。值得指出的是，使用IDS3010的總時間和成本顯著降低。該裝置演示了自動校準機床的第一個原型，而且自動程序減少了機器停機時間，從而在保持相同的精度水平下極大的提高了生產率。

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　　Benjamin Montavon et al; J. Manuf. Mater. Process. 2(1), 14 (2018)

圖5.1 自動校準激光探頭安裝示意圖

　　6.IDS3010激光干涉儀在工業C-T斷層掃描設備中的應用

　　工業C-T斷層掃描被廣泛用于材料測試和工件尺寸表征。幾何測量系統是設計精確的錐束C-T系統的一大挑戰。近期，瑞士聯邦計量院（metaS）的科學家采用德國attocube公司的IDS3010皮米精度激光干涉儀用于X射線源、樣品和探測器之間的精密位移跟蹤。該實驗共有八個軸用于位移跟蹤。除了測量位移之外，該實驗裝置還能夠進行樣品臺的角度誤差分析。最終實現非線性度小于0.1 um，錐束穩定性在一小時內優于10 ppb的高精度工業C-T。

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　　Benjamin A. Bircher, Felix Meli, Alain Küng, Rudolf Thalmann: "A geometry measurement system for a dimensional cone beam CT", 8th Conference on Industrial Computed Tomography (iCT 2018), At Wels, AU

6.1激光干涉儀在系統中的測量定位示意圖

　　7.IDS3010激光干涉儀在增材制造3D打印中的應用

　　微尺度選擇性激光燒結（u-SLS）是制造集成電路封裝構件（如微控制器）的一種創新方法。在大多數尖端的增材制造中需要微米量級的精度控制，然而集成電路封裝的生產尺寸只有幾微米，并且需要比傳統的增材制造方法有更小的公差。德克薩斯大學和NXP半導體公司開發了一種基于u-SLS技術的新型3D打印機，用于制造集成電路封裝。該系統包括用于在燒結站和槽模涂布臺之間傳送工件的空氣軸承線性導軌。為滿足導軌對定位精度高的要求，該系統采用德國attocube公司的皮米精度干涉儀IDS3010來進行位置的精確跟蹤。

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　　Nilabh K. Roy, Chee S. Foong, Michael A. Cullinan: "Design of a Micro-scale Selective Laser Sintering System", 27th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, At Austin, Texas, USA

7.1系統示意圖，其中激光干涉儀被用作位移的精確測量和反饋

　　8. IDS3010激光干涉儀在掃描熒光X射線顯微鏡中的應用

　　在搭建具有納米分辨率的X射線顯微鏡時，對系統穩定性提出了更高的要求。在整個實驗過程中，必須確保各個組件以及組件之間的熱穩定性和機械穩定性。德國attocube的IDS3010激光干涉儀具有優異的穩定性和測量亞納米位移的能力，在40小時內表現出優于1.25 nm的穩定性，并且在100赫茲帶寬的受控環境中具有優于300 pm的分辨率。因此，IDS3010是對上述X射線顯微鏡裝置的所有部件進行機械控制的不二選擇，使得整個X射線顯微鏡實現了40 nm的分辨率，而在數據收集所需的整個時間內系統穩定性優于45 nm。

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　　Characterizing a scanning fluorescence X ray microscope made with the displacement sensor

8.1熒光X射線顯微鏡的高分辨成像結果