[发明专利]一种基于复合式光栅的微位移传感器

说明书

本发明属于微位移传感器技术领域，具体涉及一种基于复合式光栅的微位移传感器，所述激光器的下方设置有分束光栅，所述分束光栅的正一级衍射光路和负一级衍射光路上分别设置有第一反射镜、第二反射镜，所述第二反射镜的反射光路上设置有第三反射镜，所述第三反射镜的反射光路上设置有分束镜，所述分束镜的透射光路上设置有位移反射镜，所述干涉仪探测器设置在分束镜的一侧，所述第一反射镜的反射光路上设置有上层光栅，所述第一下层光栅的下方设置有第一探测器，所述第二下层光栅的下方设置有第二探测器。本发明在Talbot像离面方向上光强呈正弦变化的原理实现了位移测量。本发明用于微位移的测量。

技术领域

本发明属于微位移传感器技术领域，具体涉及一种基于复合式光栅的微位移传感器。

背景技术

超精密定位检测技术是现代精密制造的一个重要技术领域，而纳米级的位移测量技术又是制约超精密定位技术发展的一个核心。其中，纳米光栅检测法由于其高分辨率、体积小、抗电磁干扰等优点获得了广泛应用。目前，光栅检测位移的主要原理是激光器发出的光经光栅衍射后，其正负级衍射光经过反射光路后重合，进而使其发生干涉。基于傅里叶光学原理可知，干涉光的光强、相位等信息反映了光栅的位置信息。所以，通过对干涉光的测量即可计算出位移量。但是，为产生两路具有固定相位差的输出信号，传统测量方法存在着以下问题：1.多利用偏振光学元件实现干涉测量，结构复杂、成本较高；2.采用周期性刻蚀光栅等方法实现辅助定位，缺乏通用性等问题。以上问题限制了它在很多场合的应用。

发明内容

针对上述偏振光学元件结构复杂、成本较高，周期性刻蚀光栅方法缺乏通用性的技术问题，本发明提供了一种结构简单、成本低、精度高的基于复合式光栅的微位移传感器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于复合式光栅的微位移传感器，包括激光器、分束光栅、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、分束镜、干涉仪探测器、上层光栅、位移反射镜、第一下层光栅、第二下层光栅、第一探测器、第二探测器，所述激光器的下方设置有分束光栅，所述分束光栅的正一级衍射光路和负一级衍射光路上分别设置有第一反射镜、第二反射镜，所述第二反射镜的反射光路上设置有第三反射镜，所述第三反射镜的反射光路上设置有分束镜，所述分束镜的透射光路上设置有位移反射镜，所述干涉仪探测器设置在分束镜的一侧，所述第一反射镜的反射光路上设置有上层光栅，所述上层光栅的下方设置有第一下层光栅、第二下层光栅，所述第一下层光栅、第二下层光栅并列设置，所述第一下层光栅的下方设置有第一探测器，所述第二下层光栅的下方设置有第二探测器；所述激光器发出的光经分束光栅衍射出正一级衍射光和负一级衍射光，所述正一级衍射光经第一反射镜反射后垂直入射上层光栅，经上层光栅衍射后产生Talbot像，所述Talbot像区域内放置第一下层光栅、第二下层光栅，所述第一下层光栅、第二下层光栅透过的光束由第一探测器、第二探测器接收；所述负一级衍射光经第二反射镜反射后垂直入射分束镜，经分束镜分出反射光和透射光，所述反射光入射到第三反射镜，所述透射光入射到位移反射镜上，所述第三反射镜、位移反射镜的反射光再经分束镜透射和反射后光路重合，产生的干涉光束由干涉仪探测器接收。

所述上层光栅与位移反射镜并列设置在底座上。

所述第一下层光栅、第二下层光栅的基底厚度相差四分之一个Talbot像的长度。

所述分束光栅、上层光栅、第一下层光栅、第二下层光栅的材料均采用Si，所述分束光栅、上层光栅、第一下层光栅、第二下层光栅的光栅占空比为0.5，所述分束光栅、上层光栅、第一下层光栅、第二下层光栅的光栅周期均为800nm。

所述分束光栅的光栅厚度为200nm，所述上层光栅6的光栅厚度为766nm。

所述激光器的波长为0.635μm，所述激光器1的功率为1.2mW。

所述干涉仪探测器的测量分辨率为317.5nm。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：