扫描探针显微镜因其高分辨率、环境要求低等优点，被广泛应用于微观观测领域。其中，原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)通过检测微悬臂的偏移来获得样品形貌，因此偏移量的检测精度是成像质量的关键。目前大多数商用AFM采用易实现、检测精度高的光束偏转法来检测偏移量，但此方法要求微悬臂具有高反射率，这限制了AFM的应用场合。针对光束偏转法的缺陷，本文研究并设计了基于球面F-P (Fabry-Perot)干涉来检测微悬臂偏移的光学检测器，搭建实验平台验证了设计可行性。本文的主要工作及成果有：
(1) 从三个方面初步设计了基于球面F-P干涉的光学检测器。在解调方式方面，对比了强度解调和傅里叶解调方式的优劣势；在结构参数方面，仿真研究了球面镜和微悬臂的反射率对偏移检测的影响，结果表明，二者反射率皆为50%时检测条件最好；在探针初始状态方面，仿真研究了探针初始偏转角度对光学检测器工作稳定性的影响，结论认为探针在初始状态时应偏转一定角度，角度大小主要由球面镜尺寸决定。
(2) 搭建了自由空间光学检测器系统，进行实验测试。实验所得的光功率—腔长曲线与理论仿真曲线基本相符，验证了初始设计结果的正确性。通过对工作区域的实验数据线性拟合，得到99.057%的拟合度，分析出自由空间光学检测器检测微悬臂偏移的理论最小分辨率可达0.036 nm，符合AFM的应用需求。
(3) 搭建了光纤光学检测器系统，进行实验测试。实验所得曲线与理论曲线基本相符，对工作区域的实验数据线性拟合，得到99.766%的拟合度，分析出光纤光学检测器的理论最小分辨率可达到0.05 nm，并将实验平台初步整合为扫描探针显微镜的部件，为AFM的后续开发打下基础。
(4) 研究了采用傅里叶解调方式解调F-P腔长的障碍和解决方法，肯定了基于傅里叶解调方式设计F-P光学检测器的可行性。为提升光学检测器解调F-P腔长的速度，提出采用稀疏快速傅里叶变换(Sparse Fast Fourier Transform，SFFT)算法替代传统快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)算法。搭建了光纤F-P传感器的腔长解调系统，并进行实验测试。实验结果表明，二者对F-P腔长的解调精度基本无异，但在信号数据量大，频谱稀疏度小的情况下，SFFT可比FFT快10倍以上，表现出了其在F-P光学检测器中的巨大应用潜力。
本文研究设计的基于球面F-P干涉检测微悬臂偏移的光学检测器，不要求微悬臂具有高反射率，可弥补光束偏转法光学检测器的不足，扩展了扫描探针显微镜的应用场合。
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