[发明专利]一种可测竖直位移的两轴光栅位移测量系统

权利要求书

1.一种可测竖直位移的两轴光栅位移测量系统，其特征在于：包括单频激光光源（1）、分光部件（2）、干涉光路部件（3）、光电探测及信号处理部件（4）和一维反射式测量光栅（5）；所述干涉光路部件（3）包括偏振分光棱镜（31）、测量臂四分之一波片（32）、测量臂折光元件（33）、参考臂四分之一波片（34）、参考臂折光元件（35）和一维反射式参考光栅（36）；

所述一维反射式测量光栅（5）和一维反射式参考光栅（36）表面形貌相同；所述测量臂折光元件（33）和参考臂折光元件（35）的折光角度均为θ_i，且满足2dsinθ_i=±mλ，式中λ为单频激光光源（1）的波长、d为一维反射式测量光栅（5）和一维反射式参考光栅（36）的光栅周期、m为衍射级次；

所述单频激光光源（1）射出的单频激光经过分光部件（2）分成两束平行光，这两束平行光经过偏振分光棱镜（31）后分为传播方向被偏折90度的测量光和沿原方向传播的参考光，测量光的偏振方向与参考光的偏振方向垂直，测量光的两束平行光经过快轴方向与测量光偏振方向呈45度的测量臂四分之一波片（32）后，均被测量臂折光元件（33）偏折，偏折后的两束测量光入射至一维反射式测量光栅（5）并分别被衍射为+m级衍射测量光和-m级衍射测量光，±m级衍射测量光分别沿各自入射光的反方向传播，并再次经过测量臂折光元件（33）、测量臂四分之一波片（32）和偏振分光棱镜（31）后，入射至光电探测及信号处理部件（4）；参考光的两束平行光经过快轴方向与参考光偏振方向呈45度的参考臂四分之一波片（34）后均被参考臂折光元件（35）偏折，偏折后的两束参考光入射至一维反射式参考光栅（36）并分别被衍射为+m级衍射参考光和-m级衍射参考光，±m级衍射参考光分别沿各自入射光的反方向传播，并再次经过参考臂折光元件（35）、参考臂四分之一波片（34）和偏振分光棱镜（31）后，入射至光电探测及信号处理部件（4）；两束衍射测量光分别和两束衍射参考光在光电探测及信号处理部件（4）表面形成两组干涉，干涉信号被光电探测及信号处理部件（4）探测并处理，一维反射式测量光栅（5）相对干涉光路部件（3）沿x轴和z轴运动时，光电探测及信号处理部件（4）分别输出x方向和z方向的直线位移。

2.根据权利要求1所述的一种可测竖直位移的两轴光栅位移测量系统，其特征在于：所述单频激光光源（1）是半导体激光二极管或出射端接光纤的气体激光器。

3.根据权利要求1或2所述的一种可测竖直位移的两轴光栅位移测量系统，其特征在于：所述分光部件（2）为以下四种结构中的一种：

第一、所述分光部件（2）由准直透镜（21）、非偏振分光棱镜（22）、直角反射棱镜（23）组成，单频激光光源（1）发射的激光经过准直透镜（21）准直后入射至非偏振分光棱镜（22）被分成光强相等、传播方向互相垂直的两束光，其中一束光经直角反射棱镜（23）后传播方向被偏折90度与另一束光平行传播，形成两束光强相等的平行出射光；

第二、所述分光部件（2）由准直透镜（21）、一维透射光栅（24）、反射镜（251）、孔径光阑（26）组成，单频激光光源（1）发射的激光经过准直透镜（21）准直后入射至一维透射光栅（24）并被衍射，±1级衍射光经反射镜（251）偏折并通过孔径光阑（26）形成两束光强相等的平行出射光，其他级次的衍射光被孔径光阑（26）过滤；

第三、所述分光部件（2）由准直透镜（21）、一维透射光栅（24）、透镜（252）、孔径光阑（26）组成，单频激光光源（1）发射的激光经过准直透镜（21）准直后入射至一维透射光栅（24）并被衍射，±1级衍射光经透镜（252）偏折并通过孔径光阑（26）形成两束光强相等的平行出射光，其他级次的衍射光被孔径光阑（26）过滤；

第四、所述分光部件（2）由准直透镜（21）、一维透射光栅（24）、棱镜（253）、孔径光阑（26）组成，单频激光光源（1）发射的激光经过准直透镜（21）准直后入射至一维透射光栅（24）并被衍射，±1级衍射光经棱镜（253）偏折并通过孔径光阑（26）形成两束光强相等的平行出射光，其他级次的衍射光被孔径光阑（26）过滤。