Picometer positioning control in air by ultra-high resolution displacement measurement and drive system

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02042
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: AKETGAWA MASATO 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (10231854)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 干渉計 / ステップ変位 / 超安定ステージ / ノイズフロア / pm / 環境要因

Outline of Final Research Achievements

Two types of laser interferometers (heterodyne and sinusoidal phase modulation) complying with metre standards, their phase meters and a stage combining ultra-stable parallel spring guidance and piezoelectric elements were developed. As a result, mechanical step displacements of 10-20 pm were observed with both interferometer systems. The noise floor was also measured and it was found that the noise density was below 1 pm/root (Hz) in the high frequency range (1~MHz) and that the lower the frequency (0.01~1Hz), the greater the influence of air fluctuations at lower frequencies. However, the observation of pm step displacements, which was initially aimed for, was not achieved. This is a future challenge for this study.

Free Research Field

精密工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的意義は次のとおりである。１）2種の干渉計（ヘテロダイン・正弦波位相変調）用の高精度（0.1mrad以下の分解能を有する）位相計を高速高精度AD変換器を有するField Programmable Gate Arrayで開発したこと、２）これらと超安定平行バネ圧電素子ステージ及び環境隔離チャンバーの採用により最小10pmの力学的ステップ変位を観察したこと、３）2種干渉計のノイズフロアを観察したこと、である。ただしpmステップ変位の観察には至っていないが、何がこれを阻害しているかの大まかな推論はたてられた。社会的意義としては、10pmステップ変位が実際に実現観察可能であることを示した点である。