Integration of a new position sensor based on four quadrant fiber optic bundle to measure the cantilever deflections in atomic force microscopy head

French National Metrology Institute / Laboratoire National de Métrologie et d’Essais (LNE) - 29 avenue Roger Hennequin Trappes / France

^a Corresponding author: younes.boukellal@lne.fr

Résumé

Cet article présente l’implémentation d’une tête pour microscope à Force Atomique intégrant un capteur original en remplacement à une photodiode quatre quadrants dans la méthode du levier optique. Ce capteur est composé d’un bundle de fibres à quatre quadrants permettant de mesurer la déflexion du levier tout en s’affranchissant des sources de chaleurs liées à l’électronique de conditionnement de la méthode de mesure. Le bundle est constitué de 40 000 microfibres avec un arrangement customisé permettant d’obtenir une surface à quatre quadrants identiques en entrée. Avant le développement du premier prototype, le bundle de fibres a été modélisé et évalué expérimentalement par comparaison à une photodiode quatre quadrants [1]. A partir des données de modélisation et des données expérimentales, la réponse des deux capteurs est similaire. Comme le capteur a été développé pour son utilisation en AFM, il a été intégré dans une tête AFM et a été testé en conditions réelles d’utilisations dans le but de générer les premières images AFM. Des courbes d’approches en mode tapping et contact ont également été obtenues afin d’évaluer la linéarité et la sensibilité du bundle de fibres aux déflexions du levier.

Fiber optic, Fiber optic bundle, atomic force microscopy, optical beam deflection method, displacement sensor, tapping mode, contact mode.