一、基于DSP的扫描探针显微镜中压电陶瓷管非线性校正技术及其实现（论文文献综述）
吴赟琨[1]（2021）在《新型表面等离激元探针在量子光学中的应用》文中研究指明表面等离激元在最近吸引了越来越广泛的关注和研究,这主要是得益于其能突破光学衍射极限,将能量束缚在亚波长尺寸内的独特性质。而近年来高速发展的光子器件则由于受到光学衍射极限限制导致尺寸难以缩小,集成度难以进一步提高,表面等离激元的这一特点刚好为目前这一困局提供了一个可能的解决方法。另一方面来说,表面等离激元这种很强的电磁场压缩或电磁场局域能力极大地提高了光学态密度,从而也能够同时解决光与物质相互作用较弱的缺陷,产生显着的场增强和相互作用增强效应。在过去的工作中,表面等离激元已经在集成光学,量子信息传输,强耦合等等应用中都得到了大量的研究。本人在博士期间的主要研究工作,是根据表面等离激元的这两个天然优势设计和制备了一种光纤锥-银纳米线耦合的表面等离激元探针,并将其应用在近场光学和量子光学领域。本文介绍的主要内容包括:1.光纤锥-银纳米线近场探针的参数设计,工艺选择和制备过程。我们在考虑到耦合效率,制备成本和应用场景等因素后,选择了用手工拉制的光纤锥,锥角约6°至7°,和半径约160nm至250nm的包裹二氧化硅的银纳米线,并给出了具体的制作步骤。2.对光纤锥-银纳米线近场探针上激发模式的分析和控制。我们利用金属纳米线上表面等离激元基模和二阶模不同的远场辐射图样,提出了一种简易的垂直双方向远场测量散射强度的方法,可以无需任何精密仪器及复杂操作对一根悬空的金属纳米线上被激发的表面等离激元模式进行测量,配合仿真模拟结果加以分析,银纳米线主要被激发基模和二阶模的情况在实验上能够得以区分。进一步的,在研究过程中我们发现通过改变光纤锥-银纳米线的耦合长度即可以选择性对其中某一种模式实现较好激发,从而为该探针控制SPP模式实现不同应用奠定了基础。3.研究了该表面等离激元探针与单光子发射点的相互作用。我们利用不同的单光子源材料实现了该探针对于不同偏振单发射点的不同寿命调控分析:对于垂直于基底偏振的单光子源,我们实验实现了高效收集和近场扫描成像,并得到寿命明显下降的辐射增强调控结果;对于平行于基底偏振的单光子源,我们通过改变两者相对位置实验分别实现了使其寿命增加和减少的控制。结果表明该探针可实现对单个光子源的高效局域调控,并表现出强烈的偏振依赖性。4.分析并提出了用光纤锥-银纳米线探针进行近场光学扫描成像时提高成像灵敏度和分辨率的可行方案,并在实验上分别实现。灵敏度方面引入量子光学,以后选择的单光子源为光源照明,在相同亮度下超越了激光的成像信噪比;分辨率方面探讨了在近场光学扫描显微镜的不同工作模式下规避银纳米线高阶模式带来的分辨率下降影响,并在808nm激光的入射下实现了超分辨光学成像。5.实验实现了对薄膜铌酸锂二次谐波的高效增益。我们利用导模谐振腔和布拉格反射器相结合的结构,将入射光场束缚在谐振腔内并得到增益,通过调节几何参数和品质因子等,最终得到了超过1000倍的二次谐波信号增强。这种结构也可以用于增益薄膜材料的其他低转换效率的非线性过程,如三倍频,自发参量下转换,四波混频等等。我们制备的这种新型表面等离激元未来可在荧光超分辨,拉曼成像超分辨等纳米识别术方面有极大的应用,同时将其与单个量子点或其他单光子发射点相集成可以实现可移动单光子源。对该探针的形貌等进行更细致的设计后,通过利用中空结构的SPP模式等,可能可以实现更多超分辨成像方案,应用潜力巨大。
王英达[2]（2020）在《高速原子力显微镜技术及系统研究》文中研究说明近年来,微纳米技术飞速发展,原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）以其极高的分辨率和不受样品表面导电性限制等特性,成为微纳米技术研究中最重要的扫描成像与检测分析工具之一。目前,国内外大多数常规AFM的扫描速度较慢（如每幅图像需要10分钟甚至更久）,无法实现对微纳米样品的高速成像（如每秒1幅以上至视频级）;国内外现有的高速AFM系统较少,且大多存在体积庞大、运输携带不便、安装操作复杂、依赖交流市电、计算机与AFM控制系统之间需有线连接等局限性,因而在很大程度上限制了 AFM的推广应用。为此,本文提出和发展了一种高速AFM的新方法和新技术,研制了新型高速AFM系统,并进一步实现了高速AFM控制系统的微小型化,具有重量轻、体积小、速度快、性能好、无需交流市电、无需专门的低压与高压直流电源等特点,在此基础上,最终实现了基于WiFi无线控制的AFM高速扫描成像。本文的主要研究内容包括以下几个方面:开展了高速AFM的理论与仿真研究,提出和发展了一种高速AFM的新方法。通过对探针-样品动力学模型的理论推导、扫描器特性的建模仿真、控制电路性能的评价优化及软硬件系统的研究开发,对AFM系统中限制扫描成像速度的关键因素进行了分析,揭示了这些因素对高速AFM成像结果的影响规律。在此基础上,提出了一种高速AFM系统方案,并进一步开展了高速AFM控制系统的微小型化研究,研究建立了一种基于微小型控制器的高速AFM的方法体系。研究和发展了一种高速AFM的新技术,解决了高速AFM探头设计、高速扫描控制、光路设计、光电检测、信号处理、控制电路及软硬件开发等方面的核心技术问题;提出了高速AFM的扫描与反馈控制方案,可实现微纳米样品的高速至视频级扫描成像。在理论方法与技术研究的基础上,研制了新型高速AFM系统,由高速AFM探头、高速AFM扫描与反馈控制系统、嵌入式控制系统、计算机（上位机）及软件等部分组成。高速AFM探头包括AFM微探针、组合式高速扫描器、样品、光电检测模块、粗调与微调机构等部分。组合式高速扫描器,由三角架扫描器和四象限片状压电陶瓷扫描器构成,可实现常速至视频级的扫描成像;光电检测模块中采用折叠型光路设计,在保证检测精度的同时大幅度缩减了光路占用体积。提出了高速AFM的扫描控制方式与基于PID的“弱反馈”控制方式,研制了高速扫描与反馈控制电路。开发了由树莓派、微小型高速A/D&D/A接口卡构成的嵌入式控制系统,可由移动电源直接供电,通过编程控制高速扫描与反馈控制电路,进而实现微纳米样品的扫描成像。在上述研究工作的基础上,开展了高速AFM控制系统的微小型化研究,在保证高速AFM的扫描速度及性能的前提下,研制了由树莓派、微小型高速A/D&D/A接口卡及控制电路组成的高速AFM微小型控制器,重量轻、体积小,并且克服了对交流市电及专门的低压与高压直流电源的依赖;基于WiFi（热点）无线连接方式,进一步实现了计算机与高速AFM微小型控制器之间的通信与控制,克服了常规AFM中计算机与控制系统之间需要导线或网络线连接的局限性。开展了高速AFM技术与系统的性能研究及微纳米样品的高速扫描成像实验研究。研究结果表明,本文提出和研制的高速AFM系统,可对微纳米样品实现高速至视频级的扫描成像（6～26幅/秒,128×128 pixels）,并具有良好的稳定性与重复性。与此同时,基于WiFi（热点）,上位机可在1～50米范围内对高速AFM微小型控制器与高速AFM探头进行控制,首次以无线控制的方式实现了微纳米样品的高速扫描成像（6～20幅/秒,128×128pixels）。总之,本文提出和研究发展的高速AFM新方法、新技术及新系统,不仅可以实现微纳米样品的高速乃至视频级扫描成像,而且基于本文提出和研制的高速AFM微小型控制器,能够以WiFi无线控制的方式实现高速扫描成像,克服了常规AFM体积大、扫描速度慢、依赖交流市电、需要专门的低压与高压直流电源、需要导线或网线连接等局限性,既适用于室内有交流市电的实验环境,更主要的是可适用于室内隔离环境、室外环境乃至野外环境,因而可望在微纳米技术及其他领域获得更广泛的应用。
胡域[3]（2020）在《基于DSP的压电陶瓷驱动电源设计》文中提出随着微观纳米级科学领域的不断发展,微位移定位技术被广泛应用于航天、航空、微外科手术等对亚微米以至纳米级迫切需求的高精尖领域当中。压电陶瓷作为一种新型实用的微位移驱动定位器件,具有正逆压电效应,且拥有体积小、分辨率高、响应快、承载力大、抗干扰强等相比传统结构无可比拟的优点,正因如此,基于压电陶瓷驱动的微位移定位平台都具有频率响应快、定位精度高、功耗小、不易受干扰等优势。因此,为了满足压电陶瓷在振动平台微位移测试系统中,输出更大范围的微位移及保持更高精度的条件,开发设计出一种能应用于微位移定位平台的国产化、高电压、大功率、高频响、便携式压电陶瓷驱动电源具有重大的科研意义以及实际开发前景。本文首先对压电陶瓷结构性能、压电陶瓷驱动电源研究现状以及压电陶瓷驱动技术进行了研究分析,根据样机预期指标提出了本文设计技术难点。根据压电陶瓷驱动电源的设计原则对主电路单元、数字控制系统进行了选型分析,选用全桥逆变拓扑作为主电路拓扑,选用DSP数字控制器作为控制核心芯片。在此基础上提出了一种设计方案,即全桥逆变电路与隔离DC-DC电路串联作为主电路单元,主电路单元输出正弦电压信号驱动压电陶瓷。并对此方案的硬件、软件设计做了详细分析,包括主电路单元与控制电路的设计、器件选型、参数计算,以及Sinusoidal Pulse Width Modulation（SPWM）信号生成、电压电流双闭环比例-积分调节的设计、编程,其中运用Simulink对主电路单元的全桥逆变与隔离DC-DC电路进行了仿真分析。在此理论基础上通过搭建实验平台,验证了当压电陶瓷等效电容为5μF时,本文设计的压电陶瓷驱动电源能实现在5 Hz1 kHz频响内电压100倍增益放大,输出01000 V的动态正弦电压,最大输出功率达到7 kW,并对其线性度、稳定性、频率响应等性能进行了实验测试,验证满足所有预期指标要求,具有良好的国产化压电陶瓷驱动电源实用价值。
张永峰[4]（2019）在《BP神经网络控制算法在AFM中的应用研究》文中研究表明原子力显微镜从研发之初至今作为纳米领域重要的研究工具之一,始终起着举足轻重的作用。目前商用的AFM控制系统一般采用PID控制算法实现对压电陶瓷驱动器的精密控制。但是压电陶瓷具有复杂的非线性特性,简单的PID控制器难以实现对压电陶瓷驱动器的精密控制,不仅影响原子力显微镜的扫描速度,也影响其测试精度。因此许多团队通过改进压电陶瓷驱动器及控制算法来优化原子力显微镜系统。相比改进压电陶瓷而言优化控制器算法具有成本低,适用性广等优点。本文针对目前原子力显微镜的发展现状,进一步做了总结分析,针对常规的PID算法以及BP神经网络的不足,分别做出了相应的改进,并将两者相结合从而得到更加智能化的控制方法。引入BP神经网络之后的智能控制算法可以体现出参数自学习、自整定以及自适应的优势,应用于原子力显微镜控制系统中可以使AFM获得自学习的能力,从而增强其系统的实时性以及精确性。通过对压电陶瓷的精密控制可使得扫描所得图像质量更好,且可使系统具有更强的鲁棒性。AFM的仿真系统可以为其研究提供方便快捷的第一手资料,对于该方面的研究也是微纳领域的一个重点研究方向。构建了AFM仿真平台,分析了其基本工作原理和系统中执行机构的非线性以及时变性,用Simulink结合S函数实现了AFM在接触以及轻敲两种工作模式下的过程仿真,分析并模拟样品表面形貌信号,在该平台上对结合BP神经网络的改进PID算法进行了验证。
肖莎莎[5]（2019）在《面向晶圆计量的探针扫描式原子力显微镜系统研究》文中研究指明随着半导体制造工艺的不断发展,晶圆尺寸越来越大,晶圆上的特征结构则越来越小。为保证不同工序的定位重复性和尺寸一致性,具有计量效果的晶圆检测变得至关重要。原子力显微镜（AFM）具有高分辨三维测量能力,在半导体检测领域有着广泛的应用。但目前大多数具备计量功能的AFM系统均采用样品扫描方式,样品台难以承载大尺寸晶圆样品;而能够用于晶圆检测的探针扫描式AFM又大多采用管式扫描器,扫描轨迹存在拱形畸变,不满足计量要求。针对上述问题,本文研制一种面向12英寸晶圆检测的探针扫描式AFM系统,该系统采用平板扫描器消除了拱形畸变;设置六路激光干涉仪安装孔位用于尺寸测量结果的溯源。课题完成的具体工作如下:1.介绍了晶圆特征结构的典型检测方法,分析了现有原子力显微镜系统在用于晶圆计量性检测时的局限性。2.搭建了一套可用于12英寸晶圆检测的AFM测量平台。完成了大理石框架结构的设计组装以及三维大行程粗定位平台的安装调试;基于量值溯源的需求提出了计量方案的设计思路。3.研制了一种具有三维正交扫描功能的AFM测头。完成了三维随动式光杠杆检测光路和正置显微观察光路的搭建和调试;设计了基于串联式二维平板扫描器、Z扫描器及补偿扫描器的扫描系统;开发了适用于该测头的探针夹持机构及换针方法。4.对所搭建的AFM系统进行了整体性能测试。标定了检测光路和扫描器的灵敏度,测量了由扫描器运动引起的光杠杆检测误差,评估了系统的成像噪声,验证了系统在接触模式和轻敲模式下的扫描成像能力和测量结果准确性。
陈小波[6]（2019）在《原子力显微镜图像迟滞建模及实时校正方法研究》文中研究指明原子力显微镜（atomic force microscope,AFM）在三维形貌检测、纳米材料加工、生物特性检测等物理、化学、生物领域得到了广泛的应用,是目前灵敏度最高,检测精度最高的三维形貌检测仪器。然而,原子力显微镜在三维扫描过程中,由于压电陶瓷迟滞等特性导致的扫描点定位不准确,严重影响了扫描图像的质量,限制了原子力显微镜的性能。本文根据实验现象提出正弦函数与线性函数相结合的迟滞模型,并使用AFM扫描的图像来求解模型参数,建立的迟滞模型可嵌入到AFM扫描程序,实现三维扫描过程迟滞实时校正。论文完成的主要工作以及成果总结如下:（1）研究分析了压电陶瓷的迟滞特性,基于实验现象,建立了基于正弦函数与线性函数的迟滞模型,能够有效的补偿迟滞误差;（2）根据压电陶瓷在AFM三维扫描过程中工作方式,推导了迟滞模型在扫描图像中的表达形式,并提出使用正向扫描图像与反向扫描图像进行特征点匹配求取模型参数的方法。使用求解的迟滞模型直接校正扫描图像的迟滞取得了很好的效果;（3）对现有的原子力显微镜硬件系统进行改造,搭建了硬件PID反馈控制电路,有效地提高了扫描速度;（4）在改造的原子力显微镜实验平台上,实现了基于所提迟滞模型的实时迟滞校正,并进行了相关实验测试。实验表明,不同扫描频率、扫描范围下AFM扫描图像的迟滞均能被减小90%以上,基于此模型也可以很方便的实现了迟滞的实时校正。此模型可在不改动硬件的情况下集成到商业AFM中,具有较好的应用价值。
阎波[7]（2019）在《基于AFM的活性生物样品宽带纳米力学特性测量技术研究》文中研究表明原子力显微镜（AFM）综合运用微弱信号检测、高速数据采集、数字信号处理、自动控制、精密机械等现代科技成果,能够实现原子尺度成像、表面功能研究、原子间力测量以及可控原子（分子）操作等功能,是目前纳米科技的核心支撑技术之一。在纳米生物学领域,AFM也是细胞生物学和分子生物学研究的重要工具,它不仅可以在生理条件下以纳米尺度的分辨率对单个活细胞进行表面成像,而且能够实现对活细胞纳米力学特性的定量测试研究。然而,现有的商用AFM系统普遍具有扫描速度低、激励带宽窄、容易损伤生物样品等缺陷,无法满足细胞及亚细胞生物学前沿研究领域的需求。针对以上问题,论文对基于AFM的活性生物样品宽带纳米力学特性测量技术展开了深入研究,提出并改进了AFM中基于迭代学习的前馈-反馈控制技术及实时信号处理技术,对活细胞宽带黏弹性动态特征演变规律的研究结果证明了方法的有效性,同时也为相关纳米生物学课题的进一步深入提供了新的思路。论文的主要研究内容及成果包括以下几个部分:1.讨论了一种适用于活性生物样本的、基于控制的宽带纳米压痕（CBN）精确测量方法。该方法基于改进的数据驱动无模型逆系统迭代控制（MIIC）技术,利用硬参照样品很好地克服了悬臂探针的相对加速度效应,并最大限度地减小了样品流体动力效应对测量的影响,能够在宽带激励力频率（如从0.1Hz到100Hz高达四个数量级范围变化的情况）下实现准确的压痕量化测量,同时保证细胞的生理活性,因而改善了活性生物样品AFM压痕测量的频率带宽和测量速度（也即时间分辨率）。2.提出了一种基于宽带动态频率响应的细胞弹性及黏弹性时变分析方法。该方法采用带限白噪声激励力,能够高速（相同频率覆盖范围内测量时间更短）完成宽频（1Hz100Hz）、深压痕（可达几百nm）的活细胞纳米力学特性测量,通过可靠捕获细胞骨架对于外界刺激的动态反应,实现了对活细胞弹性模量、损耗模量等多种纳米力学动态特性的实时监测与定量分析,为生命科学领域相关问题的研究提供了新的思路。3.优化了一种面向在线实时反馈控制系统的高速数值计算框架。该框架采用最优时分FFT/时分IFFT算法（OTD-FFT/TD-IFFT）对经典FFT/IFFT的在线计算效率进行了改进,通过将数据序列的FFT/IFFT计算分配到不同采样周期,在有效减少单位采样周期计算复杂度的同时保持计算时延和性能不变,从而能够在相同的硬件平台上实现更短的闭环采样周期。系统采样频率的提升改善了在线实时反馈控制系统的速度与精度,基于新算法框架的实验AFM系统跟踪800Hz高速三角波轨迹时相对误差仅为5.44%（比经典FFT+IFFT算法系统低4倍以上）。该算法框架能够有效改善频率域迭代学习算法的实时运行效率,提高活细胞纳米力学特性实时宽带监测实验中硬参考样本上悬臂偏移轨迹跟踪环节的效率。论文将上述方法应用于纳米生物课题“高胆固醇对细胞纳米力学特性的影响研究”以及“细胞宽带黏弹性动态特征的刻画与表征方法研究”,发现并得到以下结论:1.高胆固醇对细胞纳米力学特性的影响:测试验证与数据分析结果表明,与未添加胆固醇的人类脐静脉内皮细胞（EA.hy926）相比,高胆固醇环境下EA.hy926细胞的杨氏模量及复模量均增加了30%以上,弹性及黏弹性振动周期不变（约200秒）、幅度增加了70%以上。胆固醇浓度对杨氏模量产生影响的原因可能是高胆固醇破坏了细胞膜的完整性,而胆固醇对细胞肌球蛋白活性的影响则导致了振动参数的变化。该实验结果揭示了在胆固醇浓度增加的情况下,胆固醇与细胞中肌球蛋白及膜下细胞骨架组织的关联关系,同时证明了论文方法的有效性。2.肌球蛋白对细胞纳米力学特性的影响:实时监测结果表明,人类前列腺肿瘤细胞（PC-3）的力学参数均符合指数规律,黏弹性振动周期为约为200秒,且该振动的幅度与细胞内的钙离子(Ca2+)密度及NMⅡ类马达蛋白活性强相关。该实验在包含较高频的宽频条件下对细胞黏弹性的动态演变规律进行了刻画与表征,为揭示细胞中肌球蛋白活性与细胞组织运动之间的关联关系提供了新的研究思路,并为未来的疾病及药物研究提供了很好的实验数据。
杨鹏[8]（2018）在《聚合物单晶力致解链的单分子力谱研究》文中认为聚合物晶体材料的形变过程与相应的机理是高分子物理中一个重要的研究主题。针对该主题的相关研究对高性能聚合物晶体材料的设计与开发有重要的指导意义。科研人员发现纳米尺度的聚合物片晶的稳定性对聚合物材料的性质有着决定性的影响。然而受限于研究手段,以往人们都在宏观或者介观尺度上研究聚合物晶体材料结构和形态的变化。聚合物分子的链结构、晶体厚度、晶体内部的链构象以及外部的微环境在分子水平上对聚合物片晶力学响应的影响依旧未知。单分子力谱技术的出现使得直接在单分子水平研究聚合物片晶的力致解链成为可能。本论文将原子力显微镜的成像功能与单分子力谱技术相结合,研究聚合物单晶中单个链的解折叠过程、影响因素及相应的机理。论文主要包括以下内容:一、揭示末端基团影响聚氧乙烯单晶力致解链过程的本质。我们利用基于原子力显微镜的单分子力谱技术,对带有不同末端基团的聚氧乙烯单晶进行力致解链操作。结果表明末端基团会对聚氧乙烯单晶力致解链的过程产生影响,并且是影响特定数目的晶杆。进一步的实验表明,末端基团很有可能是通过单晶表面的链环在同一个聚氧乙烯分子链内部传递影响。末端基团处于晶体上表面抑或是下表面也会影响单晶力致解链的力值。二、研究偶联基团对聚氧乙烯单晶力致解链的影响,进而实现力致解链行为的有效调控。我们利用二异氰酸酯与聚氧乙烯反应制备含有不同偶联基团的聚合物链,并通过稀溶液自晶种法培养成单晶。利用单分子力谱技术研究聚合物单晶力致解链的过程,我们发现对于给定的偶联基团其影响特定数目晶杆的解链行为,因而调整偶联基团的间距可以有效地调整受影响晶杆的比例。改变偶联基团的尺寸可以调节解链所需的力值与能量。引入一个长的无定形嵌段,可以显着提升单晶力致解链所需的力值。三、建立聚合物单晶中链构象与单分子力学性质的关联。利用单分子力谱技术对锯齿形构象的聚己内酯单晶与螺旋构象的聚左旋乳酸单晶进行力致解链操纵,并结合单晶的晶胞参数与链内基团排布分析力致解链的过程。结果表明,锯齿构象的聚己内酯单晶,其链间分子相互作用比较强,力致解链过程是以粘滑运动为主;螺旋构象的聚左旋乳酸单晶,其链间分子作用比较弱,力致解链过程是以平滑运动为主。四、建立在气相环境进行单分子力谱的方法。利用气相单分子力谱方法对聚氧乙烯单晶的力致解链进行研究,并与液相中的力致解链进行对比。我们发现聚氧乙烯单晶在气相环境中力学稳定性与解链能垒都有提升。并且,气相环境有利于单分子力谱技术扩展拉伸速率范围,提升力精度。
孙丽欢[9]（2018）在《时间分辨扫描隧道显微镜技术及半导体表面超快动力学的研究》文中指出在微观尺度上观察并理解光与物质的相互作用是当前凝聚态物理研究的重要目标之一。原子尺度上的超快动力学特性不仅是凝聚态物质中电子态的基本物理研究内容,还可以为未来信息器件的研发提供可依赖的基本物理规律。光耦合扫描隧道显微镜是实现这一目标的重要手段。扫描隧道显微镜利用量子隧穿的效应,使我们在原子级尺度上看到物质的结构。将激光光谱技术与扫描隧道显微镜相结合,不仅可以研究表面分子扩散、光催化反应、结构异变等物理化学过程,还可以研究光生载流子、声子、激子等非平衡态的超快动力学过程,同时实现时间和空间的极限分辨。本论文的主要工作是在扫描隧道显微镜的基础上发展了超快时间分辨技术,并利用该系统进行了半导体表面超快动力学的研究。论文具体研究内容如下:1.时间分辨扫描隧道显微镜技术的研发。设计并逐步完善了超高真空原位激光耦合装置,通过集成近距离透镜提高了激光耦合效率。采用激光脉冲延时调制抑制了光致热噪声,实现了时间分辨微分电导谱的测量和动力学特征时间的空间分辨成像。2.二氧化钛表面光学斯塔克效应的研究。通过扫描隧道显微镜微分电导谱研究了脉冲激光对二氧化钛表面缺陷态的影响。观察到单个OH-O2缺陷的电子态随激光强度的显着变化,包括峰位的移动、强度的增加和峰的展宽。通过分析揭示了其变化规律为光学斯塔克效应,可以用Autler-Townes方程描述。3.砷化镓表面光生载流子超快动力学的研究。利用时间分辨微分电导谱测量了砷化镓表面光生载流子特征时间并研究了相关基本规律。研究发现,砷化镓表面砷空位缺陷处载流子动力学特征时间显着短于晶体表面的特征时间。通过对特定能量的微分电导成像,获得了具有原子分辨的超快时间过程动画。通过光压效应解释了半导体中光生载流子动力学特征时间测量的原理。4.过渡金属硫化物相变动力学的研究。过渡金属硫化物1T-TaS2具有电荷密度波、金属、绝缘、超导等多种相的特性,是典型的强关联体系。我们研究了脉冲激光激励下1T-TaS2亚稳态金属相的变化。观察到脉冲激光导致的畴界迁移,通过时间分辨微分电导谱探测到了皮秒量级的超快动力学过程,在畴界和畴内显示出显着不同的特征时间,展现出纳米级的空间分辨。为微观尺度下研究强关联体系相变动力学过程提供了新的实验方法。
葛威锋[10]（2018）在《低温扫描隧道显微镜的研制与应用》文中研究说明扫描隧道显微镜（STM）使人类第一次能够直接地观察到物质表面的单个原子及其排列状态,并且能够研究其相关的物理、化学性质,因此在表面科学、材料科学、生命科学等领域得到了广泛应用。很多材料在低温条件下表现出一些新奇的物理性质,如超导、量子霍尔效应、电荷密度波和量子相变等等,而扫描隧道显微镜因具有原子分辨率实空间成像能力,尤其适合用来研究这类材料的表面物性,因此搭建一台能够在低温条件下工作的扫描隧道显微镜已经成为世界上很多研究小组的研究项目。尽管目前扫描隧道显微镜的相关技术已经发展的较为成熟,但搭建一套低温扫描隧道显微镜系统仍然面临着许多的问题和挑战:（1）传统的镜体结构设计往往把扫描头直接固定在步进马达上,因此不能消除步进马达的不稳定性对扫描头的影响。（2）当镜体植入到低温杜瓦里面时,一般要用很长的磁力杆深入到杜瓦底部才能对探针及样品进行抓取和更换,这不仅增加了 STM在垂直方向上的高度,使其受到楼层的限制,而且存在着损坏扫描管的风险。（3）在真空条件下更换探针和样品的机械操作比较复杂,往往需要配合使用多种传递机构才行。（4）专门为扫描隧道显微镜而定制一套低温系统面临着技术难度大、成本高的问题。针对以上的问题和现状,在老师的精心指导下,博士期间我的工作主要分为以下几个部分:1.研制了一套全新的低温扫描隧道显微镜系统。其中镜体结构采用马达-扫描头分离式设计,使扫描头在成像时不受步进马达的干扰,因此大大提高了隧道结的稳定性。采用全新的旋转升降机构传递镜体,不仅节约了 STM在垂直方向上的高度,使其不受楼层的限制,而且这种转轮式的传递机构相比于使用刚性的长杆更加简单可靠。通过同轴化的机械设计,只需要一根横向的磁力杆就能实现快速地对探针和样品进行传递与更换。我们采用商业的液氦杜瓦作为低温恒温器,通过自制的低温腔体对镜体进行降温,降低了设计成本。目前,这套显微镜的研制工作已在着名的仪器类杂志Rev.Sci.Instrum.上发表。利用这套显微镜我们观察到了石墨晶界附近奇异的电子态结构,为解释这些特征,我们提出了集体干涉模型,该模型能够定量地模拟石墨下层原子对表面电子态的影响,该项工作已在Carbon杂志上发表。2.为了进一步提高扫描隧道显微镜的机械稳定性,我们研制了一款紧凑而刚性的镜体,它的主要特色是利用了一个内壁抛光的蓝宝石导向管作为扫描头的导轨,从而形成了较短的探针到样品的机械回路。该导向管里面是一个被弹簧片夹持的方形滑杆,而扫描头安装在该滑杆上。这种设计使得扫描隧道显微镜整体结构简单、紧凑和刚性,同时蓝宝石良好的热导率又有利于提高显微镜的热稳定性。我们利用该镜体做成了一套插杆式低温扫描隧道显微镜系统。通过刚性固定的方式对镜体进行降温,使其最低温度可到4.2K,并且我们可以在低温下对样品进行解理。这套低温扫描隧道显微镜系统保留了基本的测量功能,操作简单方便,可以移植到任何口径大小合适的液氦磁体当中。3.基于Labview程序搭建了一套扫描隧道显微镜的控制软件,该软件能很好地实现马达步进、扫描成像、测谱以及快速保存数据的功能。利用该软件,我们得到了高质量的图像数据,证明了该软件的可靠性。另外,它能够灵活地移植到其他各种扫描探针显微镜中使用,具有很好的兼容性。4.研制了一款新型的扫描探针显微镜的粗步进装置,解决了惯性压电马达的输出力和启动电压之间的矛盾。在传统的惯性压电马达中,滑杆的最大静摩擦力就是马达的最大输出力,而滑杆的摩擦力往往是不可控的,如果滑杆摩擦力过大,就只有增大电压才能驱动马达行走。而我们设计的这款惯性压电马达能够对滑杆的摩擦力进行控制,使滑杆在伸长时受到的摩擦力不变,而在滑动过程中受到总的摩擦力减小,因此它能够在相对较小的启动电压下实现更大的输出力和步长。
二、基于DSP的扫描探针显微镜中压电陶瓷管非线性校正技术及其实现（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于DSP的扫描探针显微镜中压电陶瓷管非线性校正技术及其实现（论文提纲范文）
（1）新型表面等离激元探针在量子光学中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 表面等离激元 |
| 1.1.1 表面等离激元的研究契机 |
| 1.1.2 表面等离激元简介 |
| 1.1.3 表面等离激元的色散关系和特征长度 |
| 1.1.4 量子表面等离激元 |
| 1.2 近场光学扫描显微镜 |
| 1.2.1 光学衍射极限 |
| 1.2.2 近场光学扫描显微镜的发展 |
| 1.3 近场光学探针 |
| 1.3.1 近场光学探针基本分类 |
| 1.3.2 新颖近场光学探针 |
| 1.4 表面等离激元在近场光学中的应用 |
| 1.4.1 表面等离激元在纳米识别术的应用 |
| 1.4.2 表面等离激元在矢量光场探测的应用 |
| 1.4.3 表面等离激元探针调制发光点 |
| 1.5 论文基本框架 |
| 第2章 光纤锥-银纳米线杂化近场探针的设计和制备 |
| 2.1 反馈系统的选择 |
| 2.2 表面等离激元载体的选择 |
| 2.3 光纤锥的选择 |
| 2.3.1 机械研磨法 |
| 2.3.2 化学腐蚀法 |
| 2.3.3 熔融拉伸法 |
| 2.4 探针制备过程 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 光纤锥-银纳米线杂化近场探针的模式控制 |
| 3.1 背景介绍 |
| 3.1.1 光纤锥模式和银纳米线模式 |
| 3.1.2 银纳米线不同模式的应用和研究 |
| 3.2 探针基本导光性质检测 |
| 3.3 实验设计和实验装置 |
| 3.4 数值模拟 |
| 3.5 实验结果和分析 |
| 3.6 本章总结 |
| 第4章 表面等离激元探针与单光子发射点的相互作用 |
| 4.1 背景介绍 |
| 4.1.1 单光子源 |
| 4.1.2 HBT测量 |
| 4.1.3 常用的调制单光子源方法 |
| 4.2 表面等离激元探针收集和调控单量子点 |
| 4.2.1 量子点简介 |
| 4.2.2 实验装置和量子点基本性质表征 |
| 4.2.3 实验结果 |
| 4.2.4 数值模拟 |
| 4.2.5 本节小结 |
| 4.3 表面等离激元探针对不同偏振单光子源的调控 |
| 4.3.1 数值模拟 |
| 4.3.2 实验结果和分析 |
| 4.3.3 本节小结 |
| 4.4 本章总结 |
| 第5章 光纤锥-银纳米线探针提高成像质量的研究 |
| 5.1 提高成像灵敏度的研究 |
| 5.1.1 理论介绍 |
| 5.1.2 实验结果 |
| 5.1.3 本节小结 |
| 5.2 提高成像分辨率的研究 |
| 5.2.1 探针激发模式 |
| 5.2.2 探针收集模式 |
| 5.2.3 其他因素的影响 |
| 5.3 本章总结 |
| 第6章 薄膜铌酸锂二次谐波的高效增益 |
| 6.1 背景介绍 |
| 6.2 结构设计和样品制备 |
| 6.3 不同参数影响 |
| 6.4 实验结果 |
| 6.4.1 二次谐波增益测量 |
| 6.4.2 偏振依赖关系及二倍频转换效率测量 |
| 6.5 本章总结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（2）高速原子力显微镜技术及系统研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 微纳米技术与扫描探针显微镜 |
| 1.2 原子力显微镜(AFM)的主要扫描模式 |
| 1.2.1 等高模式 |
| 1.2.2 恒力模式 |
| 1.2.3 轻敲模式 |
| 1.3 AFM的结构形式 |
| 1.3.1 立式AFM |
| 1.3.2 卧式AFM |
| 1.3.3 液相AFM |
| 1.3.4 大样品大范围AFM |
| 1.3.5 小型化AFM |
| 1.4 高速AFM扫描与反馈控制要求 |
| 1.4.1 高速AFM对微探针的要求 |
| 1.4.2 高速AFM扫描器的性能要求 |
| 1.4.3 高速AFM的扫描与反馈控制系统 |
| 1.5 本文的主要研究内容与创新点 |
| 2 高速AFM原理及仿真研究 |
| 2.1 高速AFM原理 |
| 2.2 高速AFM的关键问题研究 |
| 2.2.1 探针-样品间作用力 |
| 2.2.2 微探针的力学特性 |
| 2.2.3 微探针-样品动力学模型 |
| 2.2.4 高速扫描控制的关键技术问题 |
| 2.2.5 PID反馈控制的关键问题 |
| 2.3 AFM扫描器的理论与仿真研究 |
| 2.3.1 叠层式压电陶瓷 |
| 2.3.2 管状压电陶瓷研究 |
| 2.3.3 单管四象限扫描器研究 |
| 2.3.4 三脚架扫描器仿真研究 |
| 2.3.5 二象限片状压电陶瓷扫描器的理论研究 |
| 2.3.6 四象限片状压电陶瓷扫描器的仿真研究 |
| 3 高速AFM的新方法及控制方案研究 |
| 3.1 高速AFM系统总体方案 |
| 3.2 高速AFM探头设计 |
| 3.2.1 高速AFM探头的总体结构 |
| 3.2.2 组合式高速扫描器设计 |
| 3.2.3 光电检测模块设计 |
| 3.3 高速AFM的扫描与反馈控制方案 |
| 3.3.1 AFM的常速扫描与反馈控制方案 |
| 3.3.2 高速AFM的X轴分离式控制方案 |
| 3.3.3 基于网线与微小型控制器的高速AFM控制方案 |
| 3.3.4 基于WiFi与微小型控制器的高速AFM控制方案 |
| 3.3.5 高速AFM的反馈控制方式 |
| 4 高速AFM系统研制 |
| 4.1 高速AFM的总体结构 |
| 4.2 高速AFM探头及扫描器的研制 |
| 4.2.1 光电检测模块研制 |
| 4.2.2 组合式高速扫描器研制 |
| 4.3 嵌入式控制系统研制 |
| 4.3.1 基于树莓派的微型电脑模块设计 |
| 4.3.2 微小型高速A/D&D/A接口卡 |
| 4.3.3 上位机与嵌入式控制系统的连接及通讯 |
| 4.4 高速AFM控制电路系统研制 |
| 4.4.1 前置放大电路 |
| 4.4.2 Z向反馈控制电路模块 |
| 4.4.3 XY扫描信号低压放大电路模块 |
| 4.4.4 XYZ高压放大电路设计 |
| 4.4.5 低压与高压直流电源 |
| 4.5 高速AFM的微小型控制器研究 |
| 4.5.1 前置放大器 |
| 4.5.2 Z向反馈控制电路 |
| 4.5.3 推拉式XY扫描控制电路 |
| 4.5.4 微小型直流供电模块设计 |
| 4.6 高速AFM扫描成像软件研制 |
| 4.6.1 软件结构框架设计 |
| 4.6.2 扫描成像软件开发 |
| 5 高速AFM性能测试研究 |
| 5.1 光电检测模块的灵敏度特性 |
| 5.2 高速AFM的控制系统性能测试研究 |
| 5.2.1 扫描控制信号测试 |
| 5.2.2 高速AFM控制电路系统的性能研究 |
| 5.2.3 高速AFM微小型控制器的特性研究 |
| 5.3 组合式高速扫描器的扫描成像特性研究 |
| 5.3.1 三脚架扫描器的特性研究 |
| 5.3.2 四象限片状压电陶瓷扫描器的特性研究 |
| 6 高速AFM的扫描成像实验研究 |
| 6.1 基于高速AFM控制机箱的扫描成像实验 |
| 6.1.1 高速AFM的常速扫描实验研究 |
| 6.1.2 高速AFM的X轴分离式扫描成像 |
| 6.1.3 扫描成像的稳定性与重复性测试 |
| 6.2 基于微小型控制器的高速扫描成像实验研究 |
| 6.2.1 高速扫描成像 |
| 6.2.2 视频级高速扫描成像 |
| 6.2.3 扫描成像的稳定性与重复性测试 |
| 6.3 基于WiFi与微小型控制器的高速扫描成像实验研究 |
| 6.3.1 高速扫描成像 |
| 6.3.2 准视频级高速扫描成像 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 攻读博士期间发表的论文情况及其他研究成果 |
（3）基于DSP的压电陶瓷驱动电源设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究意义 |
| 1.2 压电陶瓷概述 |
| 1.2.1 压电效应与电致伸缩效应 |
| 1.2.2 压电陶瓷的典型结构及特性 |
| 1.2.3 压电陶瓷等效电路模型 |
| 1.3 压电陶瓷驱动电源研究现状 |
| 1.3.1 研究现状分析 |
| 1.3.2 国内外产品分析 |
| 1.4 压电陶瓷驱动技术分析 |
| 1.4.1 直流放大式压电陶瓷驱动技术 |
| 1.4.2 开关式压电陶瓷驱动技术 |
| 1.5 论文预期指标及技术难点 |
| 1.6 论文内容安排 |
| 2 压电陶瓷驱动电源的总体设计 |
| 2.1 压电陶瓷驱动电源的设计原则 |
| 2.2.1 可靠性的设计原则 |
| 2.2.2 经济性的设计原则 |
| 2.2 压电陶瓷驱动电源主电路拓扑选型 |
| 2.3 压电陶瓷驱动电源数字控制系统选型 |
| 2.4 压电陶瓷驱动电源系统总体结构 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 压电陶瓷驱动电源硬件设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 主电路单元电路设计 |
| 3.2.1 拓扑分析 |
| 3.2.2 全桥MOS管选型 |
| 3.2.3 功耗计算及散热分析 |
| 3.2.4 LC滤波电路设计 |
| 3.3 主电路单元仿真设计及分析 |
| 3.3.1 电路仿真环境 |
| 3.3.2 全桥逆变电路仿真 |
| 3.3.3 隔离DC-DC电路仿真 |
| 3.4 控制电路设计 |
| 3.4.1 DSP主控芯片选型 |
| 3.4.2 DSP控制电路设计 |
| 3.4.3 隔离驱动电路设计 |
| 3.4.4 反馈电路设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 压电陶瓷驱动电源控制系统软件设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 系统开发软件环境 |
| 4.3 SPWM信号的生成 |
| 4.4 SPWM电压电流双闭环PI控制策略 |
| 4.4.1 增量式PI控制 |
| 4.4.2 电流内环及电压外环设计 |
| 4.5 DSP程序实现 |
| 4.5.1 主程序 |
| 4.5.2 SPWM信号发生程序 |
| 4.5.3 电压电流双闭环PI控制算法程序 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 压电陶瓷驱动电源实验结果分析及性能测试 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 驱动电源系统实验平台 |
| 5.3 驱动电源系统实验结果分析 |
| 5.4 驱动电源系统性能测试 |
| 5.4.1 线性度测试 |
| 5.4.2 稳定性测试 |
| 5.4.3 频率响应测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（4）BP神经网络控制算法在AFM中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 研究目的和意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 扫描隧道显微镜 |
| 1.3.2 AFM的技术发展 |
| 1.4 智能控制器的发展 |
| 1.4.1 传统控制器的瓶颈 |
| 1.4.2 智能控制的发展 |
| 1.4.3 神经网络的发展概况 |
| 1.5 论文的主要内容 |
| 1.5.1 课题来源 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第2章 PID控制以及BP神经网络的原理与应用 |
| 2.1 PID控制 |
| 2.1.1 PID控制基本原理 |
| 2.1.2 PID的离散化处理 |
| 2.1.3 PID积分分离与限幅 |
| 2.2 BP神经网络 |
| 2.2.1 BP神经网络的基本原理 |
| 2.2.2 BP神经网络的基本结构 |
| 2.2.3 BP神经网络的学习过程及推导过程 |
| 2.2.4 BP神经网络算法的不足与改进 |
| 2.3 AFM的基本原理及应用 |
| 2.3.1 AFM的基本原理 |
| 2.3.2 AFM的组成与功能 |
| 2.3.3 AFM的工作模式 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 融合BP神经网络的PID智能控制器 |
| 3.1 人工神经网络控制 |
| 3.1.1 人工神经网络监督控制 |
| 3.1.2 人工神经网络自适应控制 |
| 3.1.3 人工神经网络内模控制 |
| 3.2 基于BP神经网络的PID控制器设计 |
| 3.2.1 智能控制器基本构建思想 |
| 3.2.2 BP神经网络隐含层层数及该层神经元数目的确定 |
| 3.3 连接权初值的选取 |
| 3.3.1 常规的权值初值选取 |
| 3.3.2 连接权值初值的两次确定法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 AFM仿真平台设计 |
| 4.1 仿真实验 |
| 4.1.2不同输入下的仿真实验 |
| 4.1.3 AFM系统中传递函数设计 |
| 4.2 AFM系统设计 |
| 4.2.1 AFM自动进针系统设计 |
| 4.2.2 AFM扫描系统设计 |
| 4.2.3 AFM退针系统设计 |
| 4.3 接触模式下AFM仿真平台设计 |
| 4.3.1 样品生成模块 |
| 4.3.2 原子力模块 |
| 4.3.3 探针-悬臂梁模块 |
| 4.4 调幅调制原子力显微镜(AM-AFM)仿真平台设计 |
| 4.4.1 驱动信号模块 |
| 4.4.2 振幅检测器模块 |
| 4.5 仿真实验 |
| 4.5.1 接触模式下原子力显微镜扫描结果 |
| 4.5.2 AM-AFM仿真平台样品扫描图 |
| 4.6 系统搭建及实验 |
| 4.6.1 控制器单点反馈 |
| 4.6.2 扫描实验 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（5）面向晶圆计量的探针扫描式原子力显微镜系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 晶圆特征结构的计量方法 |
| 1.2.1 光学显微术 |
| 1.2.2 扫描电子显微术 |
| 1.2.3 原子力显微术 |
| 1.3 课题研究意义和主要内容 |
| 第2章 面向大尺寸晶圆的检测系统设计 |
| 2.1 系统机械平台 |
| 2.1.1 机械框架设计 |
| 2.1.2 粗定位机构 |
| 2.2 电路控制系统 |
| 2.3 上位机软件 |
| 2.4 计量系统 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 三维正交扫描式AFM测头设计 |
| 3.1 光学系统 |
| 3.1.1 探针检测光路 |
| 3.1.2 显微观察光路 |
| 3.1.3 光机结构的安装稳定性 |
| 3.2 扫描系统 |
| 3.2.1 传统压电陶瓷扫描器 |
| 3.2.2 基于串联平板结构的XY扫描器设计 |
| 3.2.3 Z扫描器及补偿扫描器 |
| 3.3 换针方法 |
| 3.4 安装误差分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 系统性能评估 |
| 4.1 检测光路的灵敏度标定 |
| 4.1.1 静态灵敏度 |
| 4.1.2 动态灵敏度 |
| 4.2 Z扫描器的标定 |
| 4.3 光杠杆的跟踪误差 |
| 4.3.1 XY扫描器运动造成的误差 |
| 4.3.2 Z扫描器运动造成的误差 |
| 4.4 系统噪声分析 |
| 4.5 扫描成像实验 |
| 4.5.1 接触模式成像 |
| 4.5.2 轻敲模式成像 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（6）原子力显微镜图像迟滞建模及实时校正方法研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 压电效应与逆压电效应 |
| 1.3 压电陶瓷迟滞特性 |
| 1.4 校正迟滞对AFM扫描图像影响的方法 |
| 1.4.1 电荷控制 |
| 1.4.2 反馈控制 |
| 1.4.3 前馈控制 |
| 1.4.4 基于扫描图像迟滞校正 |
| 1.5 课题来源及研究内容 |
| 1.5.1 课题来源 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第二章 迟滞模型的建立与迟滞校正 |
| 2.1 迟滞对扫描图像的影响 |
| 2.2 迟滞模型的建立 |
| 2.3 扫描图像迟滞校正 |
| 2.3.1 模型参数求解 |
| 2.3.2 扫描图像迟滞校正 |
| 第三章 原子力显微镜实验平台 |
| 3.1 原子力显微镜工作原理 |
| 3.2 原子力显微镜系统 |
| 3.3 原子力显微镜工作模式 |
| 3.4 PID反馈控制 |
| 3.4.1 PID反馈控制电路原理 |
| 3.4.2 PID反馈控制测试 |
| 3.4.3 PID控制下三维扫描 |
| 3.5 AFM软件系统 |
| 3.5.1 扫频程序 |
| 3.5.2 自动逼近程序 |
| 3.5.3 力曲线测试程序 |
| 第四章 原子力显微镜实时迟滞校正系统实验 |
| 4.1扫频实验 |
| 4.2 力曲线实验 |
| 4.3 AFM系统垂直探测分辨率实验 |
| 4.4 扫描速度测试 |
| 4.5 实时三维扫描迟滞校正 |
| 4.5.1 三维扫描实时迟滞校正流程 |
| 4.5.2 x方向迟滞实时校正实验 |
| 4.5.3 y方向迟滞校正实验 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
（7）基于AFM的活性生物样品宽带纳米力学特性测量技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 缩略词和术语 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文工作的背景及意义 |
| 1.2 AFM在纳米生物学领域的应用研究现状 |
| 1.3 自动控制技术在AFM中的应用研究现状 |
| 1.4 论文的主要贡献与创新 |
| 1.5 论文的结构安排 |
| 第二章 基于控制理论的AFM细胞压痕精确测量方法 |
| 2.1 AFM压痕测量技术 |
| 2.1.1 AFM系统的反馈控制原理 |
| 2.1.2 AFM活细胞压痕测量技术 |
| 2.2 活细胞压痕精确测量方法 |
| 2.2.1 传统压痕测量方法的问题 |
| 2.2.2 对传统压痕测量方法的改进 |
| 2.3 数据驱动的无模型逆系统迭代控制技术 |
| 2.3.1 传统高速输出跟踪技术的问题 |
| 2.3.2 对传统输出跟踪技术的改进 |
| 2.4 AFM细胞压痕精确测量实验与结果分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于压痕测量的AFM细胞纳米力学特性分析技术 |
| 3.1 细胞的纳米力学特性 |
| 3.1.1 细胞的结构及其纳米力学特性 |
| 3.1.2 活细胞弹性的动态演变问题 |
| 3.1.3 活细胞黏弹性的动态演变问题 |
| 3.2 细胞弹性的AFM定量及时变分析技术 |
| 3.3 细胞黏弹性的AFM定量及时变分析技术 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于实时宽带监测技术的细胞纳米力学特性研究 |
| 4.1 高胆固醇对细胞纳米力学特性的影响研究 |
| 4.1.1 实验材料与平台 |
| 4.1.2 实验方法与手段 |
| 4.1.3 实验数据与分析 |
| 4.1.3.1 杨氏模量的测试与定量分析 |
| 4.1.3.2 杨氏模量动态演变规律的实时监测 |
| 4.1.3.3 复模量动态演变规律的实时监测 |
| 4.1.4 小结 |
| 4.2 细胞宽带黏弹性动态特征的刻画与表征方法研究 |
| 4.2.1 实验材料与实验平台 |
| 4.2.2 实验方法与手段 |
| 4.2.3 实验数据与分析 |
| 4.2.3.1 复模量的测试与定量分析 |
| 4.2.3.2 复模量动态演变规律的实时监测 |
| 4.2.4 小结 |
| 第五章 基于时分FFT的在线逆系统迭代学习控制技术 |
| 5.1 AFM系统中的时间分辨率瓶颈 |
| 5.2 经典基2-FFT/IFFT算法分析 |
| 5.3 时分FFT/IFFT算法 |
| 5.3.1 最优时分FFT算法(OTD-FFT) |
| 5.3.2 时分IFFT算法(TD-IFFT) |
| 5.4 基于OTD-FFT/TD-IFFT的在线MIIC系统 |
| 5.4.1 在线MIIC系统算法的实现 |
| 5.4.2 计算复杂度分析 |
| 5.5 实验与结果分析 |
| 5.5.1 OTD-FFT/TD-IFFT的在线计算效率 |
| 5.5.2 在线MIIC系统的实现效果 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（8）聚合物单晶力致解链的单分子力谱研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 前言 |
| 1.1 聚合物晶体材料 |
| 1.1.1 聚合物晶体材料的概述 |
| 1.1.2 聚合物晶体材料力学性能与结构关系的研究 |
| 1.2 基于原子力显微镜的单分子力谱技术 |
| 1.2.1 原子力显微镜和基于原子力显微镜的单分子力谱仪 |
| 1.2.2 单分子力谱技术 |
| 1.3 基于原子力显微镜的单分子力谱技术的发展与新应用 |
| 1.3.1 基于原子力显微镜的单分子力谱技术的发展 |
| 1.3.2 基于原子力显微镜的单分子力谱技术的新应用 |
| 1.4 本论文的设计思想 |
| 参考文献 |
| 第二章 末端基团对聚合物单晶力致解链的影响 |
| 2.1 本章引论 |
| 2.2 单分子力谱实验方案的设计和实施 |
| 2.2.1 实验方案的设计 |
| 2.2.2 实验方案的实施 |
| 2.3 末端基团对聚合物单晶力致解链的影响 |
| 2.3.1 合成的聚氧乙烯样品的~1H-NMR分析 |
| 2.3.2 稀溶液自晶种法制备的聚氧乙烯单晶的AFM成像 |
| 2.3.3 不同末端基团的聚氧乙烯单晶的单分子力谱实验 |
| 2.4 末端基团影响聚氧乙烯单晶力致解链的机理 |
| 2.4.1 末端基团对一定数目晶杆的影响 |
| 2.4.2 末端基团的纳米受限 |
| 2.4.3 末端基团效应的传递 |
| 2.5 本章小结及展望 |
| 参考文献 |
| 第三章 偶联基团对聚合物单晶力致解链的影响 |
| 3.1 本章引论 |
| 3.2 单分子力谱实验方案的设计和实施 |
| 3.2.1 实验方案的设计 |
| 3.2.2 实验方案的实施 |
| 3.3 偶联基团对聚合物单晶力致解链的影响 |
| 3.3.1 合成的聚合物样品的~1H-NMR分析 |
| 3.3.2 偶联基团对一定数目晶杆的影响 |
| 3.3.3 偶联基团的密度对聚合物单晶力致解链的影响 |
| 3.3.4 偶联基团的尺寸对聚合物单晶力致解链的影响 |
| 3.4 无定形嵌段对聚合物单晶力致解链的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 不同链构象的聚合物单晶力致解链的研究 |
| 4.1 本章引论 |
| 4.2 实验方案的设计和实施 |
| 4.2.1 实验方案的设计 |
| 4.2.2 实验方案的实施 |
| 4.3 不同链构象的聚合物单晶的力致解链 |
| 4.3.1 聚己内酯的力致解链研究 |
| 4.3.2 聚左旋乳酸的力致解链研究 |
| 4.3.3 不同链构象的聚合物单晶力致解链过程的对比 |
| 4.4 本章结论 |
| 参考文献 |
| 第五章 不同微环境中聚合物单晶力致解链的研究 |
| 5.1 本章引论 |
| 5.2 单分子力谱实验方案的设计 |
| 5.2.1 实验方案的设计 |
| 5.2.2 实验方案的实施 |
| 5.3 对气相单分子力谱实验参数的优化 |
| 5.3.1 相对湿度的优化 |
| 5.3.2 表面性质的优化 |
| 5.3.3 微悬臂弹性系数的优化 |
| 5.4 微环境对聚氧乙烯单晶单链力致解链的影响 |
| 5.4.1 气相环境下的聚氧乙烯单晶单链力致解链 |
| 5.4.2 不同微环境下聚氧乙烯单晶单链力致解链的分子行为 |
| 5.4.3 不同微环境下聚氧乙烯单晶单链力致解链的能垒 |
| 5.5 本章小结及展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 博士期间发表的论文(含待发表) |
| 博士期间参加的学术会议 |
| 致谢 |
（9）时间分辨扫描隧道显微镜技术及半导体表面超快动力学的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 纳米尺度研究光和半导体相互作用的背景和意义 |
| 1.2 光激发扫描隧道显微镜研究现状 |
| 1.2.1 光激发分子扩散 |
| 1.2.2 光激发导致的分子异构 |
| 1.2.3 光子和隧穿结耦合过程研究 |
| 1.3 时间分辨扫描隧道显微镜研究现状 |
| 1.3.1 初期时间分辨扫描隧道显微镜 |
| 1.3.2 可见光时间分辨扫描隧道显微镜实验技术 |
| 1.3.3 电脉冲时间分辨扫描隧道显微镜实验技术 |
| 1.3.4 太赫兹时间分辨扫描隧道显微镜实验技术 |
| 1.4 论文的主要内容 |
| 第2章 实验仪器和实验技术 |
| 2.1 扫描隧道显微镜 |
| 2.1.1 扫描隧道显微镜工作原理 |
| 2.1.2 扫描隧道显微镜系统 |
| 2.2 泵浦探测实验技术 |
| 2.2.1 泵浦探测技术发展历史 |
| 2.2.2 泵浦探测技术测量方法 |
| 第3章 时间分辨扫描隧道显微镜技术的研制 |
| 3.1 时间分辨扫描隧道镜工作原理 |
| 3.1.1 时间-空间分辨相结合技术的设想 |
| 3.1.2 时间-空间分辨工作原理 |
| 3.2 双脉冲激发探测 |
| 3.3 激光-STM耦合：近距离透镜，port aligner |
| 3.3.1 噪音的逐步消除 |
| 3.4 测试 |
| 3.4.1 系统准直 |
| 3.4.2 聚焦调试 |
| 3.4.3 光谱收集测试 |
| 3.5 时间分辨测量 |
| 3.5.1 激光脉冲包络的测量（延迟测试） |
| 3.5.2 具有时间-空间分辨信息的隧穿电流 |
| 3.5.3 具有时间-空间分辨信息的微分电导谱 |
| 3.5.4 具有时间-空间分辨信息的微分电导谱图 |
| 第4章 半导体表面单个缺陷的光学斯塔克效应 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.1.1 光学斯塔克效应 |
| 4.2 二氧化钛样品制备和表征 |
| 4.2.1 二氧化钛样品的清理 |
| 4.2.2 二氧化钛表面缺陷的表征 |
| 4.3 单个缺陷光学斯塔克效应的实验研究 |
| 4.3.1 实验原理 |
| 4.3.2 光激发下缺陷态扫描隧道谱的变化 |
| 4.3.3 激光强度对缺陷态扫描隧道谱的影响 |
| 4.3.4 实验讨论 |
| 4.3.5 验结论与总结 |
| 第5章 砷化镓表面载流子超快动力学过程研究 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 砷化镓样品制备和表征 |
| 5.2.1 砷化镓样品制备 |
| 5.2.2 砷化镓样品表征 |
| 5.3 实验设置和超快动力学测量方法 |
| 5.4 砷化镓表面超快动力学过程研究 |
| 5.4.1 砷化镓表面微分电导谱 |
| 5.4.2 砷化镓表面载流子超快动力学测量 |
| 5.4.3 激光波长及功率对测量的影响 |
| 5.5 讨论分析 |
| 5.5.1 实验数据描述 |
| 5.5.2 超快动力学特征时间分析方法 |
| 5.5.3 空穴湮灭过程的简单讨论 |
| 5.6 实验结论与总结 |
| 第6章 1T-TaS_2亚稳态金属相的研究 |
| 6.1 研究背景 |
| 6.2 电荷密度波及其相变机制 |
| 6.3 1T-TaS_2样品的制备和表征 |
| 6.4 1T-TaS_2样品制备 |
| 6.5 1T-TaS_2表面形貌以及局域电子态密度 |
| 6.6 1T-TaS_2相变动力学过程的探测 |
| 6.6.1 电脉冲诱导的 1T-Ta S2亚稳相 |
| 6.6.2 光激发下畴域边界的迁移 |
| 6.6.3 光激发亚稳相电子的动力学过程 |
| 6.7 实验结论与总结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历及发表文章目录 |
| 致谢 |
（10）低温扫描隧道显微镜的研制与应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 扫描隧道显微镜的简介 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 扫描隧道显微镜的工作原理与构成 |
| 1.2.1 量子隧穿效应 |
| 1.2.2 扫描隧道显微镜的基本结构 |
| 1.2.3 探针与扫描装置 |
| 1.2.4 粗步进马达 |
| 1.2.5 前置放大电路 |
| 1.3 扫描隧道显微镜的工作模式 |
| 1.3.1 恒高成像 |
| 1.3.2 恒流成像 |
| 1.3.3 扫描隧道谱 |
| 1.4 减震隔音系统 |
| 1.5 扫描隧道显微镜的应用 |
| 1.6 本章小结 |
| 第二章 低温超高真空扫描隧道显微镜的研制 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 扫描隧道显微镜镜体结构设计 |
| 2.2.1 自制的惯性马达 |
| 2.2.2 独立式扫描头 |
| 2.2.3 镜体的组装与工作原理 |
| 2.2.4 镜体的调试 |
| 2.3 真空低温系统 |
| 2.3.1 真空的获取 |
| 2.3.2 低温的获取 |
| 2.4 扫描隧道显微镜镜体传递机构 |
| 2.5 探针与样品的更换系统 |
| 2.6 探针与样品的制备 |
| 2.7 减震隔音措施 |
| 2.8 扫描隧道显微镜电子学测量系统 |
| 2.8.1 电路控制单元 |
| 2.8.2 隧道电流前置放大电路 |
| 2.9 实验结果 |
| 2.9.1 STM初步调试 |
| 2.9.2 过渡金属硫族化合物TaS_2的STM表征 |
| 2.9.3 STM成像机制的模拟 |
| 2.10 本章小结 |
| 附：自制的低温扫描隧道显微系统实物图 |
| 第三章 插杆式低温扫描隧道显微镜的研制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 扫描隧道显微镜镜体单元 |
| 3.2.1 蜘蛛马达 |
| 3.2.2 独立式扫描头 |
| 3.2.3 镜体的组装 |
| 3.2.4 镜体的调试 |
| 3.3 插杆式真空腔体 |
| 3.4 低温的获取 |
| 3.5 样品的解理 |
| 3.6 隔音减震措施 |
| 3.7 实验结果与分析 |
| 3.8 改进方案 |
| 3.9 本章小结 |
| 附：自制的插杆式低温扫描隧道显微镜系统的实物图 |
| 第四章 基于Labview的扫描隧道显微镜控制软件的开发 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Labview简介及软件配置 |
| 4.3 马达步进模块 |
| 4.4 扫描成像模块 |
| 4.5 扫描隧道谱测量模块 |
| 4.6 数据采集及储存 |
| 4.7 本章小结 |
| 附：利用Labview程序自主编写的扫描隧道显微镇控制软件界面 |
| 第五章 新型的扫描探针显微镜粗步进装置 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 惯性压电马达CicadaDrive |
| 5.3 高度对称的TunaDrive |
| 参考文献 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
| 致谢 |
四、基于DSP的扫描探针显微镜中压电陶瓷管非线性校正技术及其实现（论文参考文献）
- [1]新型表面等离激元探针在量子光学中的应用[D]. 吴赟琨. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [2]高速原子力显微镜技术及系统研究[D]. 王英达. 浙江大学, 2020(02)
- [3]基于DSP的压电陶瓷驱动电源设计[D]. 胡域. 西南科技大学, 2020(12)
- [4]BP神经网络控制算法在AFM中的应用研究[D]. 张永峰. 长春理工大学, 2019(01)
- [5]面向晶圆计量的探针扫描式原子力显微镜系统研究[D]. 肖莎莎. 天津大学, 2019(06)
- [6]原子力显微镜图像迟滞建模及实时校正方法研究[D]. 陈小波. 合肥工业大学, 2019(01)
- [7]基于AFM的活性生物样品宽带纳米力学特性测量技术研究[D]. 阎波. 电子科技大学, 2019(01)
- [8]聚合物单晶力致解链的单分子力谱研究[D]. 杨鹏. 吉林大学, 2018(04)
- [9]时间分辨扫描隧道显微镜技术及半导体表面超快动力学的研究[D]. 孙丽欢. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2018(09)
- [10]低温扫描隧道显微镜的研制与应用[D]. 葛威锋. 中国科学技术大学, 2018(11)