[发明专利]一种光学八细分线性干涉仪

说明书

技术领域

本发明属于精密位移测量技术领域，特别涉及一种光学八细分线性干涉仪。

背景技术

双频激光干涉测量具有测量精度高、实时动态性能好、测量配置便捷、环境适应性强等优点，广泛应用在精密机床标定、大规模集成电路光刻机工件台和研磨台的精密定位等诸多领域。

一个典型的双频激光干涉测量系统包含双频稳频激光头、干涉仪和测量电子模块。其中干涉仪通过偏振分束构成参考光路和测量光路，合束后的外差干涉信号经探测器检测，输入测量电子模块进行位移解算。在双频激光干涉测量系统中，位移的变化反映在光程的变化上，光程差变化一个波长，对应干涉信号相位变化360°。其位移测量分辨率由以下两方面决定：1)光程差和位移量的比值，由干涉仪的光学细分确定，通常，采用角镜为靶镜的线性干涉仪的光学细分为2；2)360°内的相位细分，测量电子模块实现，目前可以达到512,1024甚至更高的细分。目前，商用的双频激光干涉系统可以实现0.3nm甚至更高的位移测量分辨率。但是，由于测量光学其中的缺陷，导致被测信号中叠加有一个周期性的相位误差，使得测量相位信息与被测位移之间存在非线性关系，直接限制了双频干涉仪测量精度的提高。研究表明，这种非线性误差不具有累加性，以一个光程差为周期变化，商用线性干涉仪该值可达4nm。在诸多减小非线性误差的方法中，合理设计干涉仪光路，提高光程差和位移量的比值关系即提高光学细分数是最为直接和有效的提升方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光学八细分线性干涉仪，可提高现有线性干涉仪的测量分辨率，降低测量非线性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种光学八细分线性干涉仪，包括偏振分光棱镜100、矩形角镜200、第一四分之一波片300、第二四分之一波片500、第一角锥棱镜400和第二角锥棱镜600，其中，所述矩形角镜200胶结于偏振分光棱镜100入射面的一个侧面的上半部分，且矩形角镜200的胶合面、偏振分光棱镜100的入射面和分束面交于同一侧棱；所述第一四分之一波片300胶结于偏振分光棱镜100入射面的正对面；第二四分之一波片500胶结于偏振分光棱镜100入射面的另一个侧面；所述第一角锥棱镜400作为测量臂角锥棱镜，与被测对象固结且其折射面对应第一四分之一波片300，所述第二角锥棱镜600作为参考臂角锥棱镜，且其折射面对应第二四分之一波片500。

所述第一四分之一波片300和第二四分之一波片500在出射面分区域镀膜，其中与矩形角镜200对应高度的出射面上镀增透膜，在其余位置镀高反膜。

所述第一四分之一波片300的上半部分301和第二四分之一波片500的上半部分501均镀增透膜，第一四分之一波片300的下半部分302和第二四分之一波片500的下半部分502均镀高反膜。

所述第一四分之一波片300和第二四分之一波片500为采用相同材料和工艺制造的真零级波片，并按玻璃、石英波片、玻璃的三明治结构胶合，具有相同的光学厚度，且波片光轴均沿对角线方向。

所述第一角锥棱镜400和第二角锥棱镜600用于参考臂和测量臂的回光，采用相同玻璃制造，镀铝反射膜，且两镜顶点到各自镜底面的距离相同。

所述光学八细分线性干涉仪的入射光源来自双频激光器，包含垂直偏振输出频率f₁和水平偏振输出频率f₂，且两频率之差在几十MHz以内。

入射光束经偏振分光棱镜100分束后，参考光路四次往返于第二角锥棱镜600，测量光路四次往返于第一角锥棱镜400。

参考光路和测量光路合束后输出光信号经光电检测与相位解算，计算出位移信息，所求位移量是光程变化量的1/8，即具有光学八细分功能。

与现有技术相比，本发明光学八细分线性干涉仪中，回光光束具备普通线性干涉仪中不受测量角锥棱镜绕顶点的偏摆、俯仰和滚转误差影响的特性，此外，本发明中回光光束还不受角镜整体上下移动误差的影响，具有比普通线性干涉仪更好的回光稳定性。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。