[发明专利]基于光学倍程法的二自由度外差光栅干涉仪位移测量系统

摘要

基于光学倍程法的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、光电转换单元；光栅干涉仪包括偏振分光棱镜、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光栅干涉仪、测量光栅后输出两路光信号至光电转换单元。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倍程,提高了分辨率，能够实现亚纳米甚至更高分辨率及精度，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、体积小、质量轻等优点，作为光刻机超精密工件台位移测量系统可提升工件台综合性能。

主权项

基于光学倍程法的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)和光电转换单元(4)；光栅干涉仪(2)包括偏振分光棱镜(21)、参考光栅(22)、第一折光元件和第二折光元件，所述的第一折光元件由两个并行放置的直角透射棱镜(23)组成并置于偏振分光棱镜(21)和参考光栅(22)之间，其特征在于：第二折光元件采用两个对称放置的折光元件，并置于偏振分光棱镜(21)和测量光栅(3)之间，利用该折光元件完成二次衍射并实现光学倍程；双频激光器(1)出射双频正交偏振激光经光纤耦合入射至偏振分光棱镜(21)后分为反射光和透射光；所述反射光入射至参考光栅(22)后产生两束衍射反射参考光，两束参考光分别经第一折光元件的两个直角透射棱镜后偏转形成两束平行参考光，两束平行参考光回射至偏振分光棱镜(21)后形成两束反射参考光；所述透射光入射至测量光栅(3)后第一次打在测量光栅(3)上，产生两束衍射反射测量光，两束衍射反射测量光分别经第二折光元件反射后形成与衍射反射测量光平行的出射光，两束出射光第二次回射至测量光栅(3)后衍射反射形成两束平行测量光，两束平行测量光回射至偏振分光棱镜(21)后形成两束透射测量光；两束反射参考光中的一束与两束透射测量光中的一束重合形成一路测量光信号，两束反射参考光中的另一路与两束透射测量光中的另一束重合形成另一路测量光信号，两路测量光信号分别经光纤传输至光电转换单元(4),在其中形成两路测量电信号并进行处理；双频激光器(1)同时也输出一束参考电信号至光电转换单元(4)；当测量光栅(3)相对于光栅干涉仪(2)做水平方向和垂直方向两个自由度的线性运动时，光电转换单元(4)将输出二自由度线性位移。