[发明专利]一种光栅外差干涉自准直测量装置

摘要

一种光栅外差干涉自准直测量装置，该装置主要包括双频激光器、1/4波片、分光系统、光电转换系统、偏振分光镜、反射镜和光栅。激光器射出双频激光通过1/4波片后，变为两束相互垂直的线偏振光。进入分光系统后被分为三路，一路进入参考光路光电转换系统，剩余两路进入正负测量臂偏振分光镜。在进入偏振分光镜的激光中，其反射s光经反射镜反射到光栅上，其中入射角被设定为依据相应衍射级次的自准直角。当光栅在水平和垂向移动时，测量光路光电转换系统检测到的两路包含位移相关信息的信号，结合参考光信息，即可解得光栅水平及垂向位移。由于自准直角设置不取决于光栅位移，因此本发明装置能进行水平大行程位移及垂向位移测量。

主权项

一种光栅外差干涉自准直测量装置，其特征在于：该自准直测量装置包括双频激光器（1）、1/4波片（2）、分光系统（3）、参考臂光电转换系统（4）、负m级测量臂偏振分光镜（5）、负m级测量臂第一1/4波片（6）、负m级测量臂第一反射镜（7）、负m级测量臂第二1/4波片（8）、负m级测量臂第二反射镜（9）、正m级测量臂偏振分光镜（10）、正m级测量臂第一1/4波片（11）、正m级测量臂第一反射镜（12）、正m级测量臂第二1/4波片（13）、正m级测量臂第二反射镜（14）、光栅（15）、负m级测量臂光电转换系统（16）和正m级测量臂光电转换系统（17），其中m为正整数，且m的最大值由光栅的最大自准直角确定；双频激光器（1）出射一束含有两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光的光束，所述光束经过1/4波片（2）之后成为包含两个偏振态相互垂直线偏振光的光束，然后经过分光系统（3）后分为参考光、负m级测量光和正m级测量光三路光；参考光进入参考臂光电转换系统（4），负m级测量光进入负m级测量臂偏振分光镜（5），正m级测量光进入正m级测量臂偏振分光镜（10）；负m级测量臂偏振分光镜（5）将负m级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过负m级测量臂第一1/4波片（6），而后经过负m级测量臂第一反射镜（7）反射后又经过负m级测量臂第一1/4波片（6）回到负m级测量臂偏振分光镜（5）；所述负m级测量臂偏振分光镜（5）的透射p光经由负m级测量臂第二1/4波片（8）和负m级测量臂第二反射镜（9）后以负m级自准直角入射到光栅（15）上，由光栅（15）反射回负m级测量臂第二反射镜（9），再由其反射后经过负m级测量臂第二1/4波片（8）回到负m级测量臂偏振分光镜（5）；两束光在偏振分光面处叠加合为一束光，进入负m级测量臂光电转换系统（16）；正m级测量臂偏振分光镜（10）将正m级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过正m级测量臂第一1/4波片（11），而后经过正m级测量臂第一反射镜（12）反射后又经过正m级测量臂第一1/4波片（11）回到正m级测量臂偏振分光镜（10）；所述正m级测量臂偏振分光镜（10）的透射p光经由正m级测量臂第二1/4波片（13）和正m级测量臂第二反射镜（14）后以正m级自准直角入射到光栅（15）上，由光栅（15）反射回正m级测量臂第二反射镜（14），再由其反射后经过正m级测量臂第二1/4波片（13）回到正m级测量臂偏振分光镜（10）；两束光在偏振分光面处叠加合为一束光，进入正m级测量臂光电转换系统（17）；当光栅（15）在x向和z向移动时，由负m级测量臂光电转换系统（16）和正m级测量臂光电转换系统（17）检测到的两路信号中分别包含不同的x向位移和z向位移信息，结合参考臂光电转换系统（4）检测到的参考光信息，即可解得光栅的x向和z向位移值。