电子产业高集成度和高性能发展,要求部件表面具有纳米级精度,因此对超精表面检测技术以及装置的研究,在保证超精表面的加工质量方面具有重要意义。本文提出了基于激光外差干涉相位检测的扫描探针超精表面检测系统,来实现检测系统的横向和纵向级分辨率,并对扫描探针振动位移进行实验研究。论文概述了国内外的表面检测方法以及探针振动信号的测量方法,并对各种方法进行对比分析,最终提出本文研究的扫描探针外差干涉位移检测系统。叙述了检测系统的总体方案和各子系统的框架。测量系统是由微探针模块、光学测量模块、数据采集模块和样品扫描模块四个部分组成。微探针扫描样品的表面形貌变化,原理是微探针跟样品之间存在原子力,会使微悬臂发生偏转,扫描过程中利用压电陶瓷驱动微悬臂在共振频率附近振动,采用双频激光外差干涉,光电探测器接受到光信号,并用数字差动鉴相信号获取相位差,测量微悬臂振幅。在样品扫描测量过程中,首先保证样品处于成像工作点位置不变,然后样品起伏变化引起扫描探针振幅变化,双频干涉系统测量探针振幅变化进而获取表征样品轮廓信息。对探针振动信号进行分析,得到的基频可以用来表征探针的位移变化,二倍频的产生可以作为探针样品接触的依据。论文建立了探针-样品振动的非线性方程,系统仿真了基频及二倍频的振幅随探针-样品间距的变化规律,以及探究了针尖半径、杨氏模量、驱动力对振幅的影响,仿真结果表明,在斥力区,振幅的变化随探针样品间距的减小是呈线性变化的。实验首先用热噪声分析法,对探针振动系统的特性进行研究,实验结果与理论计算结果基本一致,在此基础上,通过控制驱动电压的大小,来控制针尖样品间距,得到扫描探针的振动位移规律。当电压值达到1.44V时,振动信号幅值随电压呈线性变化,线性拟合度达到0.9463。实验结果与仿真一致,可将1.44V电压作为预置点,实现超精表面纳米级形貌测量。