[发明专利]锥面衍射式光栅位移测量装置及测量方法有效
| 申请号： | 202111104433.8 | 申请日： | 2021-09-18 |
| 公开（公告）号： | CN113819846B | 公开（公告）日： | 2022-05-31 |
| 发明（设计）人： | 李文昊;刘兆武;王玮;刘林;姜珊;于宏柱;姜岩秀 | 申请（专利权）人： | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 |
| 主分类号： | G01B11/02 | 分类号： | G01B11/02 |
| 代理公司： | 长春中科长光知识产权代理事务所(普通合伙) 22218 | 代理人： | 高一明;郭婷 |
| 地址： | 130033 吉林省长春*** | 国省代码： | 吉林;22 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 锥面 衍射 光栅 位移 测量 装置 测量方法 | ||
1.一种锥面衍射式光栅位移测量装置，包括：用于发出测量光束的激光二极管(1)；其特征在于，还包括：准直透镜(2)、偏振分束棱镜(3)、第一反射镜(5)、第二反射镜(9)、第三反射镜(10)、第四反射镜(11)、相移测量单元(13)；
所述测量光束经由所述准直透镜(2)准直后锥面射入所述偏振分束棱镜(3)，所述偏振分束棱镜(3)将所述测量光束分为S偏振态的第一测量光束(19)和P偏振态的第二测量光束(23)；
所述第一测量光束(19)从所述偏振分束棱镜(3)反射后通过所述第一反射镜(5)，射入被测光栅(6)的表面，所述被测光栅(6)将所述第一测量光束(19)衍射成0级衍射光(8)和1级衍射光(20)；所述第一测量光束(19)衍射成0级衍射光(8)射出所述锥面衍射式光栅位移测量装置；所述第一测量光束(19)衍射成1级衍射光(20)垂直射入所述第三反射镜(10)，并被所述第三反射镜(10)反射回所述被测光栅(6)的表面，所述第一测量光束(19)衍射成1级衍射光(20)沿所述第一测量光束(19)的光路反向传播，通过所述第一反射镜(5)射入所述偏振分束棱镜(3)，经所述偏振分束棱镜(3)的透射，所述第一测量光束(19)转变为P偏振态，入射至所述相移测量单元(13)；
所述第二测量光束(23)从所述偏振分束棱镜(3)透射后通过所述第二反射镜(9)，射入所述被测光栅(6)的表面，所述被测光栅(6)将所述第二测量光束(23)衍射成0级衍射光(7)和1级衍射光(24)；所述第二测量光束(23)衍射成所述0级衍射光(7)射出所述锥面衍射式光栅位移测量装置；所述第二测量光束(23)衍射成1级衍射光(24)垂直射入所述第四反射镜(11)，并被所述第四反射镜(11)反射回所述被测光栅(6)的表面，所述第二测量光束(23)衍射成1级衍射光(24)沿所述第二测量光束(23)的光路反向传播，通过所述第二反射镜(9)射入所述偏振分束棱镜(3)，经所述偏振分束棱镜(3)的反射，所述第二测量光束(23)转变为S偏振态，入射至所述相移测量单元(13)；
所述相移测量单元(13)用于接收所述第一测量光束(19)和所述第二测量光束(23)的干涉信号，并进行信号处理和计算，获得所述被测光栅(6)的位移。
2.如权利要求1所述的锥面衍射式光栅位移测量装置，其特征在于，所述第一测量光束(19)和所述第二测量光束(23)的入射面均与所述被测光栅(6)表面上的刻线存在夹角。
3.如权利要求1所述的锥面衍射式光栅位移测量装置，其特征在于，所述第一测量光束(19)和所述第二测量光束(23)在所述被测光栅(6)的表面上的光斑重合。
4.一种锥面衍射式光栅位移测量方法，其应用如权利要求1-3中任一项所述的锥面衍射式光栅位移测量装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1、所述激光二极管(1)发出测量光束，所述测量光束经由所述准直透镜(2)准直后锥面射入所述偏振分束棱镜(3)；
S2、所述偏振分束棱镜(3)将所述测量光束分为第一测量光束(19)和第二测量光束(23)；所述第一测量光束(19)从所述偏振分束棱镜(3)反射出，为S偏振光；所述第二测量光束(23)从所述偏振分束棱镜(3)透射出，为P偏振光；
S3、所述第一测量光束(19)通过所述第一反射镜(5)，射入所述被测光栅(6)的表面；所述第二测量光束(23)通过所述第二反射镜(9)，射入所述被测光栅(6)的表面；
S4、所述被测光栅(6)将所述第一测量光束(19)衍射成0级衍射光(8)和1级衍射光(20)；所述第一测量光束(19)衍射成0级衍射光(8)射出所述锥面衍射式光栅位移测量装置；所述第一测量光束(19)衍射成1级衍射光(20)垂直射入所述第三反射镜(10)，并被所述第三反射镜(10)反射回所述被测光栅(6)的表面，所述第一测量光束(19)衍射成1级衍射光(20)按照所述第一测量光束(19)的光路反向传播，通过所述第一反射镜(5)射入所述偏振分束棱镜(3)，经所述偏振分束棱镜(3)的透射，所述第一测量光束(19)转变为P偏振态,入射至所述相移测量单元(13)；
所述被测光栅(6)将所述第二测量光束(23)衍射成0级衍射光(7)和1级衍射光(24)；所述第二测量光束(23)衍射成0级衍射光(7)射出所述锥面衍射式光栅位移测量装置；所述第二测量光束(23)衍射成1级衍射光(24)垂直射入所述第四反射镜(11)，并被所述第四反射镜(11)反射回所述被测光栅(6)的表面，所述第二测量光束(23)衍射成1级衍射光(24)按照所述第二测量光束(23)的光路反向传播，通过所述第二反射镜(9)射入所述偏振分束棱镜(3)，经所述偏振分束棱镜(3)的反射，所述第二测量光束(23)转变为S偏振态,入射至所述相移测量单元(13)；
S5、所述相移测量单元(13)接收所述第一测量光束(19)和所述第二测量光束(23)的干涉信号，并进行信号处理和计算，得出所述被测光栅(6)的位移。
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