[发明专利]光栅测量装置

权利要求书

1.一种光栅测量装置，其特征在于，包括：

光源模块，用于产生频率不同的两束光束，所述两束光束中的一束作为测量光束，另一束作为参考光束；

光栅；

以及

光栅测量探头，包括双频入光模块、垂向测量模块、垂向探测模块及参考探测模块，其中，所述双频入光模块用于接收所述测量光束和参考光束，将所述测量光束投射至所述垂向测量模块和参考探测模块，将所述参考光束投射至所述垂向探测模块及参考探测模块，所述垂向测量模块将所述测量光束投射到所述光栅上，收集经所述光栅二次衍射后衍射光的零级衍射光，并将所述零级衍射光投射至所述垂向探测模块，所述零级衍射光束与所述参考光束在所述垂向探测模块中发生干涉形成垂向干涉信号，所述参考探测模块中的所述测量光束和参考光束发生干涉形成参考干涉信号；

所述装置还包括信号处理模块，接收所述垂向干涉信号和参考干涉信号后计算所述光栅的垂向位移；

所述垂向测量模块包括：偏振分光棱镜、角锥棱镜和偏振控制器，所述测量光束先经偏振分光棱镜透射，由所述偏振控制器旋转偏振方向，投射到所述光栅上发生衍射，衍射光中的零级衍射光再次经所述偏振控制器旋转偏振方向，偏振光束在经过所述偏振分光棱镜时发生反射，并经过角锥棱镜返回偏振分光棱镜，再次入射到所述光栅上发生二次衍射，二次衍射光中的零级衍射光经所述偏振分光棱镜最终投射到所述垂向探测模块。

2.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述光源模块包括：激光器、隔离器、分光器、频移器、第一耦合器和第二耦合器；所述激光器发出的光束经隔离器后，由所述分光器分光为两束进入所述频移器产生频率不同的所述两束光束，所述两束光束分别经第一、第二耦合器耦合后传送至所述光栅测量探头。

3.如权利要求2所述的光栅测量装置，其特征在于，所述激光器所发射的激光具有400～1500nm之间的任意波长。

4.如权利要求2所述的光栅测量装置，其特征在于，所述频移器为塞曼分频器、双折射元件或两个声光频移器。

5.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述光栅为一维光栅或者二维光栅。

6.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述偏转控制器采用法拉第旋转器或者二分之一波片。

7.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述双频入光模块包括：第一分束镜及第二分束镜，所述垂向探测模块包括垂向测量耦合器，其中，所述测量光束经所述第一分束镜分成两测量分束，一测量分束经所述垂向测量模块投射到所述光栅，另一测量分束投射到所述参考探测模块，所述参考光束经所述第二分束镜分成两参考分束，一参考分束经所述垂向测量模块出射后与一经所述垂向测量模块出射的测量分束被所述垂向测量耦合器耦合，另一参考分束投射到所述参考探测模块。

8.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述双频入光模块包括：第一分束镜和第二分束镜，所述垂向探测模块包括垂向测量耦合器和第三分束镜，所述测量光束经所述第一分束镜分成两测量分束，一测量分束经所述垂向测量模块投射到所述光栅，另一测量分束投射到所述参考探测模块，所述参考光束经所述第二分束镜分成两参考分束，一参考分束通过所述第三分束器与经所述垂向测量模块出射的测量分束合束后被所述垂向测量耦合器耦合，另一参考分束投射到所述参考探测模块。

9.如权利要求7或8所述的光栅测量装置，其特征在于，还包括多个用于实现光束转向和传播的反射镜组件。

10.如权利要求1、7或8所述的光栅测量装置，其特征在于，所述双频入光模块包括：第一准直器、第二准直器和楔角片对，其中，所述测量光束由所述第一准直器和楔角片对进行准直和角度控制，所述参考光束由所述第二准直器准直。

11.如权利要求1所述的光栅测量装置，其特征在于，所述光源模块与所述光栅测量探头之间通过保偏光纤连接。