Messung durch Hindernisse mit konfokaler Optik

Problem

In der optischen Interferometrie können Störreflexionen von Oberflächen wie Fenstern oder nahegelegenen Komponenten Messungen verfälschen, insbesondere in mikromechanischen Systemen oder durch geschichtete Strukturen hindurch. Standardaufbauten haben Schwierigkeiten, das Signal vom tatsächlichen Messpunkt zu isolieren.

Lösung

Das PICOSCALE Vibrometer nutzt ein konfokales optisches Design mit einem 1550-nm-Laser und einer Singlemode-Faser als räumlichem Filter. Dadurch wird nur Licht aus der Fokusebene detektiert, wodurch Hintergrundsignale durch Reflexionen außerhalb des Fokus stark unterdrückt werden – selbst durch vibrierende Fenster oder bei verdeckter Sicht.

Umsetzung

• Eine Titanprobe, die mit 1 kHz schwang, wurde durch ein Glasfenster gemessen, das mit 240 Hz vibrierte.

• Drei Sensorköpfe wurden getestet (C01, F01, PICOSCALE Vibrometer), um die Unterdrückung von Hintergrundsignalen zu vergleichen.

• Eine mehrschichtige AFM-Cantilever-Probe wurde aufgebaut, um die Bildgebung durch verdeckende Geometrien zu bewerten.

Ergebnisse

• Der Standard-Sensorkopf des PICOSCALE Vibrometers reduzierte die Hintergrundschwingung des Glases um bis zu 48 dB (250×) und trennte das Probensignal eindeutig.

• Die konfokale Bildgebung löste beide verdeckten Schichten in der mehrschichtigen Cantilever-Struktur erfolgreich auf, und Schwingungen jeder Schicht konnten unabhängig voneinander gemessen werden.

• Das Signal-Rausch-Verhältnis verbesserte sich deutlich mit Sensorköpfen kürzerer Brennweite.

Fazit

Konfokale Optik in den PICOSCALE Systemen von SmarAct ermöglicht präzise Bildgebung und Schwingungsmessung durch reflektierende oder verdeckende Elemente und übertrifft Standardoptiken in komplexen oder geschichteten Aufbauten. Dadurch ist sie ideal für die Analyse gekapselter MEMS, versiegelter Mikrostrukturen oder von Systemen mit optischen Barrieren.