原子力显微镜(AFM)是实现纳米检测技术的基本工具之一,AFM已经在研究纳米尺度物质的结构和特性方面取得了令人惊叹的发展,但对精密测量、定位技术的要求越来越高,纳米测量和定位技术成为精密工程领域的研究热点之一。随着应用领域的不断扩展,要求AFM具有更好的抗干扰能力,更快的扫描速度,更高的测量灵敏度和分辨率。文中依据AFM的基本的工作原理,设计并研制了工作在高阶谐振模态下的一种新型的原子力显微镜系统。论文主要介绍已完成的几项设计工作:1、建立接近实际结构的微悬臂理论模型,对悬臂在高阶谐振状态下进行理论分析,确定其在不同模态下的谐振工作频率,探讨不同模态下谐振频率的规律及其悬臂力常数,并通过扫频实验验证理论结果。　　 2、设计制造基于光杠杆原理,且工作在高阶谐振状态下的检测电路,研制的电路具有高精度、超低噪声、高转换速率。　　 3、编写高阶谐振AFM扫描探针系统部分软件,实现激励信号的控制、直流电压信号的采集和处理、数据的保存及显示等功能。　　 4、最后对高阶谐振AFM系统进行整体性能的调试,包括关键硬件结构的调节,整体电路控制噪声的测试和信号调理电路频率相应的检测,以及通过分析不同因素对谐振检测的影响,对提出的高阶谐振理论进行了实验验证。　　 论文通过高阶谐振理论与验证实验相结合的方式,分析AFM工作在高阶谐振状态的下的关键因素和其作用机理,验证了不同模态下谐振频率的相互关系,为高阶谐振显微镜的成功研制奠定理论基础。