Scanning double-beam laser interferometer for area measurement of thickness piezoelectric coefficient

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00216305%3A26620%2F20%3APR33266" target="_blank" >RIV/00216305:26620/20:PR33266 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

angličtina

Název v původním jazyce

Scanning double-beam laser interferometer for area measurement of thickness piezoelectric coefficient

Popis výsledku v původním jazyce

Double-beam laser interferometer (DBLI) facilitating surface scanning with a very high resolution and active compensation of the optical path-length drift. Compared to previous solutions utilizing a piezo-driven mirror to introduce the desired phase shift, we employ a fast electro-optical phase modulator (EOM) having flat frequency response up to several MHz. Instead of direct measurement of the phase shift introduced by the sample displacement, we use the EOM to feed this signal back to nullify the total phase shift. The amplitude detected by the lock-in amplifier thus serves as an error signal maintained at the lowest possible level by a PI controller. Therefore, the signal induced by the sample displacement and the noise background can be effectively distinguished, decreasing residual noise down to 0.01 pm. Thanks to this closed-loop measurement technique, the output signal, proportional to the feedback one, is independent from laser power as well as sample reflectivity, and the instrument may be used for scanning. Moreover, we use another feedback to stabilize the working point at π/2 difference, providing the highest sensitivity. We thus considerably suppress the influence of spurious environmental effects, which is considered a substantial disadvantage of DBLI-based methods. DBLI can be used for scanning the sample thickness displacement along the sample surface. A resolution better than 0.1 pm within the bandwidth of over 1 MHz can be achieved.

Název v anglickém jazyce

Scanning double-beam laser interferometer for area measurement of thickness piezoelectric coefficient

Popis výsledku anglicky

Double-beam laser interferometer (DBLI) facilitating surface scanning with a very high resolution and active compensation of the optical path-length drift. Compared to previous solutions utilizing a piezo-driven mirror to introduce the desired phase shift, we employ a fast electro-optical phase modulator (EOM) having flat frequency response up to several MHz. Instead of direct measurement of the phase shift introduced by the sample displacement, we use the EOM to feed this signal back to nullify the total phase shift. The amplitude detected by the lock-in amplifier thus serves as an error signal maintained at the lowest possible level by a PI controller. Therefore, the signal induced by the sample displacement and the noise background can be effectively distinguished, decreasing residual noise down to 0.01 pm. Thanks to this closed-loop measurement technique, the output signal, proportional to the feedback one, is independent from laser power as well as sample reflectivity, and the instrument may be used for scanning. Moreover, we use another feedback to stabilize the working point at π/2 difference, providing the highest sensitivity. We thus considerably suppress the influence of spurious environmental effects, which is considered a substantial disadvantage of DBLI-based methods. DBLI can be used for scanning the sample thickness displacement along the sample surface. A resolution better than 0.1 pm within the bandwidth of over 1 MHz can be achieved.

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

20205 - Automation and control systems

Projekt

<a href="/cs/project/LQ1601" target="_blank" >LQ1601: CEITEC 2020</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2020

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Interní identifikační kód produktu

Scanning DBLI V1.0

Číselná identifikace

165878

Technické parametry

DBLI je sestaven jako speciální měřicí zařízení v Laboratoři pokročilých senzorů CEITEC VUT pro účely měření piezoelektrických koeficientů zejména tenkých piezoelektrických vrstev. Zařízení umožňuje měřit dynamickou výchylku na povrchu vzorku (např. piezoelektrický element ve formě disku nebo tenké vrstvy nesené na podložce) v kmitočtovém rozsahu od 10 Hz do 2 MHz s nejvyšším rozlišením pod 0.1 pm a následně určit tloušťkový piezoelektrický koeficient (d33) v ploše vzorku. Zařízení je vhodné pro měření parametrů jak objemných vzorků (např. PZT disk), ale zejména pak pro tenké vrstvy, např. na bázi AlN. Základem zařízení je kmitočtově stabilizovaný He-Ne laser, elektro-optický fázový modulátor (EOM-PM), lock-in zesilovač a optická volnosvazková sestava dvoupaprskového Mach-Zehnderova interferometru. Zařízení využívá pokročilý software vyvinutý v prostředí LabVIEW implementující specifickou metodu vyhodnocení výstupních elektrických signálů z optického detektoru získané zesilovačem s fázovým závěsem využívající známé modulační frekvence elektrického signálu budícího meřený vzorek a kompenzační fázové modulace optického svazku zmíněným EOM.

Ekonomické parametry

Funkční vzorek skenovacího DBLI je prozatím používán výhradně pro výzkum a vývoj, komerční využití se zatím nepředpokládá.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

—

Název vlastníka

Kybernetika pro materiálové vědy

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

—