[发明专利]外差一维光栅位移测量装置

权利要求书

1.一种外差一维光栅位移测量装置，其特征在于，包括：双频激光器、偏振分光棱镜、第一转折单元、第二转折单元、第一信号接收单元、第二信号接收单元和信号处理系统，所述偏振分光棱镜设置在所述双频激光器的出射方向上，所述第一转折单元与所述第二转折单元沿所述偏振分光棱镜的反射方向和透射方向对称设置；其中，

所述双频激光器发出两束正交的频率分别为f₁和f₂的线偏振光，频率为f₁的线偏振光经所述偏振分光棱镜反射至所述第一转折单元，再经过所述第一转折单元垂直入射至衍射光栅，经所述衍射光栅衍射出±1级衍射光，频率为f₁的±1级衍射光分别经所述第一转折单元入射至所述偏振分光棱镜，经所述偏振分光棱镜透射分别进入所述第一信号接收单元和所述第二信号接收单元；频率为f₂的线偏振光经所述偏振分光棱镜反射至所述第二转折单元，再经过所述第二转折单元垂直入射至所述衍射光栅，经所述衍射光栅衍射出±1级衍射光，频率为f₂的±1级衍射光分别经所述第二转折单元入射至所述偏振分光棱镜，经所述偏振分光棱镜反射分别进入所述第一信号接收单元和所述第二信号接收单元；

所述第一转折单元包括第一平面反射镜、第一折转元件、第二折转元件和第一四分之一波片；其中，频率为f₁的线偏振光经所述第一平面反射镜、所述第一四分之一波片垂直入射至所述衍射光栅，衍射出±1级衍射光，+1级衍射光依次经所述第一折转元件、所述第一四分之一波片、所述第一平面反射镜入射至所述偏振分光棱镜，经所述偏振分光棱镜透射至所述第一信号接收单元；-1级衍射光依次经所述第二折转元件、所述第一四分之一波片、所述第一平面反射镜入射至所述偏振分光棱镜，经所述偏振分光棱镜透射至所述第二信号接收单元；

所述第二转折单元包括第二平面反射镜、第三折转元件、第四折转元件和第二四分之一波片；其中，频率为f₂的线偏振光经所述第二平面反射镜、所述第二四分之一波片垂直入射至所述衍射光栅，衍射出±1级衍射光，+1级衍射光依次经所述第三折转元件、所述第二四分之一波片、所述第二平面反射镜入射至所述偏振分光棱镜，经所述偏振分光棱镜反射至所述第二信号接收单元；-1级衍射光依次经所述第四折转元件、所述第一四分之一波片、所述第二平面反射镜入射至所述偏振分光棱镜，经所述偏振分光棱镜反射至所述第一信号接收单元；

频率为f₁的+1级衍射光与频率为f₂的-1级衍射光在所述第一信号接收单元内干涉形成f₁-f₂的频率信号，频率为f₁的-1级衍射光与频率为f₂的-1级衍射光在所述第二信号接收单元内干涉形成f₁-f₂的频率信号；

信号处理系统对所述第一信号接收单元和所述第二信号接收单元接收到的频率信号进行差分计算，实现所述衍射光栅单次衍射4倍光学细分的位移测量。

2.如权利要求1所述的外差一维光栅位移测量装置，其特征在于，所述第一折转元件、所述第二折转元件、所述第三折转元件和所述第四折转元件均为双一维透射光栅、平面反射镜、角锥棱镜、直角棱镜或聚光透镜。

3.如权利要求1所述的外差一维光栅位移测量装置，其特征在于，所述第一信号接收单元包括第一光电接收器和第三四分之一波片，频率为f₂的-1级衍射光和频率为f₁的+1级衍射光分别经所述第三四分之一波片进入所述第一光电接收器。