一种三自由度外差光栅干涉仪位移测量系统

摘要

一种三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、电子信号处理部件；光栅干涉仪包括偏振分光镜、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。双频激光器出射的双频激光入射至光栅干涉仪、测量光栅后输出四路光信号至接收器，后至电子信号处理部件。当光栅干涉仪与测量光栅做三自由度线性相对运动时，系统可输出三个线性位移。该测量系统能够实现亚纳米甚至更高分辨率及精度，且能够同时测量三个线性位移。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置测量系统可提升工件台综合性能。

主权项

一种三自由度外差光栅干涉仪位移测量系统，其特征在于：包括双频激光器(1)、光栅干涉仪(2)、测量光栅(3)、四个接收器(4)和电子信号处理部件(5)；光栅干涉仪(2)包括偏振分光镜(21)、参考光栅(22)、第一折光元件和第二折光元件；所述的参考光栅(22)、测量光栅(3)均采用二维反射型光栅；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镜(21)后分光，透射光为参考光，反射光为测量光；所述参考光入射至参考光栅(22)后产生四束衍射反射参考光，四束参考光经第一折光元件后偏转形成四束平行参考光，四束平行参考光回射至偏振分光镜(21)后透射；所述测量光入射至测量光栅(3)后产生四束衍射反射测量光，四束测量光经第二折光元件后偏转形成四束平行测量光，四束平行测量光回射至偏振分光镜(21)后反射；四束透射参考光和四束反射测量光分别两两重合形成四路测量光信号，四路测量光信号分别经光纤传输至四个接收器(4)进行处理分别形成四路测量电信号，四路测量电信号输入至电子信号处理部件(5)进行处理；双频激光器(1)同时也输出一束参考电信号至电子信号处理部件(5)；当测量光栅(3)相对于光栅干涉仪(2)做xy向和z向三个自由度的线性运动时，电子信号处理部件(5)将输出三自由度线性位移；三自由度线性位移的表达式为x＝k_x×(α‑β)、y＝k_y×(γ‑δ)、z＝k_z×(α+β+γ+δ)，k_x＝Λ_x/4π，k_y＝Λ_y/4π，k_z＝λ/4(1+cosθ),式中α、β、γ、δ为电子信号处理部件的读数值，Λ_x、Λ_y为光栅常数，λ为激光波长，θ为光栅衍射角。