[发明专利]一种外差光栅干涉仪位移测量系统

摘要

一种外差光栅干涉仪位移测量系统，包括读数头、测量光栅、电子信号处理部件，该测量系统基于光栅衍射、光学多普勒效应和光学拍频原理实现位移测量。读数头包括双频激发生器、干涉仪、信号转换单元，双频激光发生器出射双频激光经偏振分光镜分为参考光和测量光，测量光入射至测量光栅处产生正负一级衍射，衍射光与参考光在光电探测单元处形成包含两个方向位移信息的拍频信号，经信号处理实现线性位移输出。该测量系统能够实现亚纳米甚至更高分辨率及精度，且能够同时测量水平向大行程位移和垂向位移。该测量系统具有对环境不敏感、测量精度高、体积小、质量轻等优点，作为光刻机超精密工件台位置测量系统可提升工件台综合性能。

主权项

一种外差光栅干涉仪位移测量系统，特征在于：包括读数头（1）、测量光栅（2）和电子信号处理部件（3）；所述的读数头（1）包括双频激光发生器（11）、干涉仪（12）、参考信号光电转换单元（13）和测量信号光电转换单元（14）；所述双频激光发生器（11）包括激光管（111）、第一偏振分光镜（112）、声光调制器、反射镜、偏振片和分光镜（113）；所述干涉仪（12）包括第二偏振分光镜（121）、波片、折光元件（123）、反射器（124）；所述的激光管（111）出射的激光准直后经第一偏振分光镜（112）后出射两束偏振方向垂直、传播方向垂直的光束，两束光束经两个声光调制器分别产生两束频率不同一级衍射光，两束一级衍射光分别经反射镜、偏振片后至分光镜（113）进行分光合光，分光镜（113）的一个出口出射一束双频激光至参考信号光电转换单元（13）后形成参考信号，同时，另一个出口出射一束双频激光至第二偏振分光镜（121）；所述分光镜（113）一个出口出射的双频激光经第二偏振分光镜（121）后分为参考光和测量光，参考光经参考臂四分之一波片（122’）、参考臂反射器（124）反射后产生两束平行参考光，两束平行参考光经参考臂四分之一波片（122’）、第二偏振分光镜（121）后分别入射至测量信号光电转换单元（14）；测量光经测量臂四分之一波片（122）、折光元件（123）后入射至测量光栅（2）发生衍射，正负一级衍射测量光经测量折弯光元件（123）、测量臂四分之一波片（122）、偏振分光镜（121）后分别入射至测量信号光电转换单元（14）；两束平行参考光分别和正负一级衍射测量光经测量信号光电转换单元（14）形成拍频电信号，拍频电信号传输至电子信号处理部件（3）进行信号处理；当所述的读数头（1）与测量光栅（2）之间具有x向和z的相对运动时，通过电子信号处理部件（3）实现两个方向线性位移的输出。