[发明专利]一种外差式一/二维光栅位移粗/细测量系统

摘要

一种外差式一/二维光栅位移粗/细测量系统，包括单频激光光源、电光调制器、一维反射式测量光栅、分光棱镜、五个一维透射式测量光栅、六个平面反射镜、四个偏振分光棱镜、八个偏振片及八个光电探测及信号处理部件，单频激光光源发射的是线偏振单频激光，偏振方向与x轴呈45度，经快轴方向与x轴平行的电光调制器调制后输出外差式激光，该外差式激光由偏振方向沿z轴的s波分量和偏振方向沿x轴的p波分量构成，并且s波分量和p波分量之间存在一个随电光调制器所加载的调制电压变化而变化的相位差；本发明不仅能够克服测量环境温度、湿度变化等造成的误差，而且能够有效实现一/二维方向上位移测量分辨力的粗/细转换，充分满足不同测量需求。

主权项

1.一种外差式一/二维光栅位移粗/细测量系统，其特征在于：包括单频激光光源(1)、电光调制器(2)、一维反射式测量光栅(3)、分光棱镜(31)、第一一维透射式测量光栅(41)、第二一维透射式测量光栅(42)、第三一维透射式测量光栅(43)、第四一维透射式测量光栅(44)、第五一维透射式测量光栅(45)、第一平面反射镜(51)、第二平面反射镜(52)、第三平面反射镜(53)、第四平面反射镜(54)、第五平面反射镜(55)、第六平面反射镜(56)、第一偏振分光棱镜(61)、第二偏振分光棱镜(62)、第三偏振分光棱镜(63)、第四偏振分光棱镜(64)、第一偏振片(71)、第二偏振片(72)、第三偏振片(73)、第四偏振片(74)、第五偏振片(75)、第六偏振片(76)、第七偏振片(77)、第八偏振片(78)、第一光电探测及信号处理部件(81)、第二光电探测及信号处理部件(82)、第三光电探测及信号处理部件(83)、第四光电探测及信号处理部件(84)、第五光电探测及信号处理部件(85)、第六光电探测及信号处理部件(86)、第七光电探测及信号处理部件(87)及第八光电探测及信号处理部件(88),所述单频激光光源(1)发射的是线偏振单频激光，偏振方向与x轴呈45度，经快轴方向与x轴平行的电光调制器(2)调制后输出外差式激光，该外差式激光由偏振方向沿z轴的s波分量和偏振方向沿x轴的p波分量构成，并且s波分量和p波分量之间存在一个随电光调制器(2)所加载的调制电压变化而变化的相位差；所述一维反射式测量光栅(3)、第三一维透射式测量光栅(43)的光栅周期相同，均为1.9d；所述第一一维透射式测量光栅(41)、第二一维透射式测量光栅(42)、第四一维透射式测量光栅(44)、第五一维透射式测量光栅(45)的光栅周期相同，均为d；一维光栅位移粗/细测量部分测量一维直线位移，其结构为：外差式激光垂直入射至一维反射式测量光栅(3)，并分别被衍射为x方向的±1级衍射测量光和x方向的±2级衍射测量光，其中x方向的±1级衍射测量光的衍射角度θ±1满足dsinθ±1＝±λ，x方向的±2级衍射测量光的衍射角度θ±2满足dsinθ±2＝±2λ，λ为单频激光光源的波长；x方向的+1级衍射测量光和x方向的‑1级衍射测量光分别经过第一平面反射镜(51)、第二平面反射镜(52)反射后，入射至第一偏振分光棱镜(61)，第一偏振分光棱镜(61)的出射光分别经过第一偏振片(71)、第二偏振片(72)，在第一光电探测及信号处理部件(81)、第二光电探测及信号处理部件(82)表面形成两组干涉，当一维反射式测量光栅(3)沿x轴移动时，第一光电探测及信号处理部件(81)与第二光电探测及信号处理部件(82)输出测得的x方向的高分辨力直线位移，实现位移的高分辨力细测；x方向的+2级衍射测量光入射至第一一维透射式测量光栅(41)，其‑1级衍射光经过第三平面反射镜(53)反射后入射至第二偏振分光棱镜(62)，x方向的‑2级衍射测量光入射至第二一维透射式测量光栅(42)，其+1级衍射光直接入射至第二偏振分光棱镜(62)，第二偏振分光棱镜(62)的两束出射光分别经过第三偏振片(73)、第四偏振片(74)，在第三光电探测及信号处理部件(83)、第四光电探测及信号处理部件(84)表面形成两组干涉，当一维反射式测量光栅(3)沿x轴移动时，第三光电探测及信号处理部件(83)、第四光电探测及信号处理部件(84)输出测得的x方向的低分辨力直线位移，实现位移的低分辨力粗测；二维光栅位移粗/细测量部分测量沿x轴和y轴两个方向的二维直线位移，其结构为：外差式激光垂直入射至分光棱镜(31)，被分光棱镜(31)透射的外差式激光作为x方向位移粗/细测量部分的光源入射至一维反射式测量光栅(3)，被分光棱镜(31)反射的外差式激光作为y方向位移粗/细测量部分的光源入射至第三一维透射式测量光栅(43)；x方向位移粗/细测量部分与一维光栅位移粗/细测量部分相同；y方向位移粗/细测量部分的结构为：被分光棱镜(31)反射的外差式激光垂直入射至第三一维透射式测量光栅(43)，并分别被衍射为y方向上的±1级衍射测量光和y方向上的±2级衍射测量光，其中y方向上的±1级衍射测量光的衍射角度为θ±1，y方向上的±2级衍射测量光的衍射角度为θ±2；y方向的+1级衍射测量光和y方向的‑1级衍射测量光分别经过第四平面反射镜(54)、第五平面反射镜(55)反射后，入射至第三偏振分光棱镜(63)，第三偏振分光棱镜(63)的出射光分别经过第五偏振片(75)、第六偏振片(76)，在第五光电探测及信号处理部件(85)、第六光电探测及信号处理部件(86)表面形成两组干涉，当第三一维透射式测量光栅(43)沿y轴移动时，第五光电探测及信号处理部件(85)与第六光电探测及信号处理部件(86)输出测得的y方向的高分辨力直线位移，实现位移的高分辨力细测；y方向的+2级衍射测量光入射至第四一维透射式测量光栅(44)，其‑1级衍射光经过第六平面反射镜反射后入射至第四偏振分光棱镜(64)，y方向的‑2级衍射测量光入射至第五一维透射式测量光栅(45)，其+1级衍射光直接入射至第四偏振分光棱镜(64)，第四偏振分光棱镜(64)的两束出射光分别经过第七偏振片(77)、第八偏振片(78)，在第七光电探测及信号处理部件(87)、第八光电探测及信号处理部件(88)表面形成两组干涉，当第三一维透射式测量光栅(43)沿y轴移动时，第七光电探测及信号处理部件(87)、第八光电探测及信号处理部件(88)输出测得的y方向的低分辨力直线位移，实现位移的低分辨力粗测。