[发明专利]一种二自由度外差光栅干涉仪位移测量系统

摘要

一种二自由度外差光栅干涉仪位移测量系统，包括双频激光器、光栅干涉仪、测量光栅、接收器、信号处理单元；光栅干涉仪包括侧向位移分光棱镜、偏振分光棱镜、参考光栅、折光元件；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。双频激光器的激光入射至干涉仪、测量光栅后输出光信号至接收器，后至信号处理单元。当干涉仪与测量光栅做二自由度线性相对运动时，系统可输出二个线性位移。该测量系统采用二次衍射原理实现光学四细分，能够实现亚纳米甚至更高分辨率，且能够同时测量二个线性位移。该测量系统具有对环境不敏感、测量精度高、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

一种二自由度外差光栅干涉仪位移测量系统，包括双频激光器(1)、光栅干涉仪(2)、测量光栅(3)、接收器(4)和信号处理单元(5)；其特征在于：光栅干涉仪(2)包括第一侧向位移分光棱镜(21)、第二侧向位移分光棱镜(22)、偏振分光棱镜(23)、第一四分之一波片(24)、第二四分之一波片(26)、第一折光元件和第二折光元件(27)；双频激光器(1)出射双频激光至第一侧向位移分光棱镜(21)后,产生第一透射光和第一反射光，第一透射光为测量光，第一反射光为参考光；其中作为测量光的第一透射光依次经过第二侧向位移分光棱镜(22)、偏振分光棱镜(23)和第一四分之一波片(24)透射后,第1次打在测量光栅(3)上并发生衍射形成正负一级衍射光线，射入第一折光元件后其出射光与其入射光平行，两束出射光第2次打在测量光栅(3)上并发生衍射，形成的两束平行光再次透射经过第一四分之一波片(24)，并在偏振分光棱镜(23)中发生反射,形成两束平行测量光；而作为参考光的第一反射光入射至第二侧向位移分光棱镜(22)后又产生第二透射光和第二反射光；其中第二透射光在偏振分光棱镜(23)中反射后，透射经过第二四分之一波片(26)并进入第二折光元件(27)，在其中经过两次反射后再次经过第二四分之一波片(26)，之后在偏振分光棱镜(23)中透射形成第一束参考光；第二反射光同样在偏振分光棱镜(23)中反射后，透射经过第二四分之一波片(26)并进入第二折光元件(27)，在其中经过两次反射后再次经过第二四分之一波片(26)，之后在偏振分光棱镜(23)中透射形成第二束参考光，最后形成两束平行参考光；两束平行测量光与两束平行参考光最终在偏振分光棱镜(23)处实现合光，两束平行测量光中的一束与两束平行参考光中的一束合光后经过光纤接入接收器(4)，两束平行测量光中的另一束与两束平行参考光中的另一束合光后经过光纤接入接收器(4)，两束合光在接收器(4)中转为电信号，再输入至信号处理单元(5)进行处理；当固定于运动台的测量光栅(3)相对于光栅干涉仪(2)做两个自由度的线性运动时，信号处理单元(5)将输出二自由度线性位移。