[发明专利]光栅分光式同步移相干涉测量装置及方法

摘要

光栅分光式同步移相干涉测量装置及方法，属于超精密测量技术领域。本发明为了解决现有的同步移相干涉检测技术增加了实验装置的调整难度，干涉条纹解算复杂，并且两光栅的正交程度和偏振片组光轴对准程度会引入新的误差来源的问题。本发明装置主要包括干涉系统、正交光栅分光以及移相装置、光强探测系统；该装置利用二维Ronchi光栅对参考光进行分光，并对其利用不同厚度的四象限移相片实现四束光相差90°的移相，最后利用四象限探测器对干涉光强信号进行采集。本发明方案根据同步移相干涉原理、光栅衍射分光理论以及光强采集与信号处理原理，通过对干涉光强信号处理，测量出被测面的微位移变化值。本发明用于测量微小的距离变化，也可以用来对微结构器件的台阶等表面形貌参数进行检测。

主权项

光栅分光式同步移相干涉测量装置，其特征在于：包括激光器(1)、检偏器(2)、准直扩束镜(3)、1/2波片(4)、偏振分光棱镜(5)、参考反射镜(6)、第一透镜(7)、第一二维Ronchi光栅(8)、四象限移相器(9)、第一1/4波片(10)、待测物(11)、第二透镜(12)、第二二维Ronchi光栅(13)、第二1/4波片(14)、第三1/4波片(15)、收集透镜(16)、四象限探测器(17)和计算机(18)；其中激光器(1)、检偏器(2)、准直扩束镜(3)和1/2波片(4)组成光源部分；偏振分光棱镜(5)、第一1/4波片(10)、四象限移相器(9)、第一二维Ronchi光栅(8)、第一透镜(7)和参考反射镜(6)组成参考光部分；第二1/4波片(14)、第二二维Ronchi光栅(13)、第二透镜(12)与待测物(11)组成测量光部分；光源部分、参考光部分与测量光部分一起构成泰曼格林干涉装置；光学路径：激光器(1)发射的光束经检偏器(2)后依次通过准直扩束镜(3)、1/2波片(4)和偏振分光棱镜(5)，经偏振分光棱镜(5)分成测量光和参考光；测量光依次经过第二1/4波片(14)、第二二维Ronchi光栅(13)、第二透镜(12)和待测物(11)后，依次射向第二透镜(12)、第二二维Ronchi光栅(13)、第二1/4波片(14)和偏振分光棱镜(5)；参考光依次经过第一1/4波片(10)、第一二维Ronchi光栅(8)、第一透镜(7)和参考反射镜(6)后，依次射向参考反射镜(6)、第一透镜(7)、第一二维Ronchi光栅(8)、四象限移相器(9)、第一1/4波片(10)和偏振分光棱镜(5)，再次合并的参考光与测量光通过第三1/4波片(15)、收集透镜(16)、四象限探测器(17)组成的光强采集部分，采集的干涉光强信号输入计算机(18)。