一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置

摘要

一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置，该装置主要包括激光器、1/4波片、分光系统、光电转换系统、偏振分光镜、反射镜和光栅等。激光器射出的双频激光通过1/4波片后进入分光系统，被分为三路。除一路进入参考光路光电转换系统外，剩余两路进入正负测量光路偏振分光镜，其中反射s光以据相应衍射级次设定的入射角照射到光栅上，经过二次衍射后在偏振分光面上与p光发生干涉，之后进入测量光路光电转换系统。当光栅移动时，测量光路光电转换系统检测到包含位移信息的两路信号，通过这两路信号可解得光栅水平和垂向位移。由于测量光经二次衍射后能否原路返回仅取决于入射角，与光栅位移无关，因此该装置能够实现水平大行程及垂向位移测量。

主权项

一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置，包括激光器(1)、1/4波片(2)、分光系统(3)、参考光路光电转换系统(4)、负n级测量光路偏振分光镜(5)、负n级测量光路第一1/4波片(6)、负n级测量光路第二1/4波片(7)、负n级测量光路反射镜(8)、正n级测量光路偏振分光镜(9)、正n级测量光路第一1/4波片(10)、正n级测量光路第二1/4波片(11)、正n级测量光路反射镜(12)、光栅(13)、中心反射镜(14)、负n级测量光路光电转换系统(15)和正n级测量光路光电转换系统(16)，其中n为正整数；激光器(1)出射一束光束，该光束含有不同频率的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，经过1/4波片(2)之后，所述左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分别变为线偏振光，且两个线偏振光相互垂直，然后包含两个相互垂直线偏振光的光束经过分光系统(3)后分成参考光、负n级测量光和正n级测量光三路光，每路光均包含两个相互垂直的线偏振光；参考光进入参考光路光电转换系统(4)，另两路分别进入负n级测量光路偏振分光镜(5)和正n级测量光路偏振分光镜(9)；负n级测量光路偏振分光镜(5)将负n级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过负n级测量光路第一1/4波片(6)后在中心反射镜(14)左侧以与光栅法线夹角为θ的方向入射到光栅(13)上发生衍射，产生衍射角为0°衍射级次为‑n的一次衍射光，所述衍射级次为‑n的一次衍射光入射至与光栅(13)平行放置的中心反射镜(14)上，并被其反射回光栅(13)再次发生衍射，产生二次衍射光(‑n，‑n)，所述二次衍射光(‑n，‑n)沿起始入射方向经过负n级测量光路第一1/4波片(6)回到负n级测量光路偏振分光镜(5)；而由负n级测量光路偏振分光镜(5)分出的透射p光经过负n级测量光路第二1/4波片(7)后由负n级测量光路反射镜(8)反射，又经负n级测量光路第二1/4波片(7)回到负n级测量光路偏振分光镜(5)；所述回到负n级测量光路偏振分光镜(5)的两束光在此处叠加合成一束光，进入负n级测量光路光电转换系统(15)；正n级测量光路偏振分光镜(9)将正n级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过正n级测量光路第一1/4波片(10)后在中心反射镜(14)右侧以与光栅法线夹角为θ的方向入射到光栅(13)上发生衍射，产生衍射角为0°衍射级次为+n的一次衍射光，所述衍射级次为+n的一次衍射光入射至与光栅(13)平行放置的中心反射镜(14)上，并被其反射回光栅(13)再次发生衍射，产生二次衍射光(+n，+n)，所述二次衍射光(+n，+n)沿起始入射方向经过正n级测量光路第一1/4波片(10)回到正n级测量光路偏振分光镜(9)；而由正n级测量光路偏振分光镜(9)分出的透射p光经过正n级测量光路第二1/4波片(11)后由正n级测量光路反射镜(12)反射，又经正n级测量光路第二1/4波片(11)回到正n级测量光路偏振分光镜(9)；所述回到正n级测量光路偏振分光镜(9)的两束光在此处叠加合成一束光，进入正n级测量光路光电转换系统(16)；经过负n级测量光路第一1/4波片(6)入射到光栅(13)的光束与经过正n级测量光路第一1/4波片(10)入射到光栅(13)的光束两者的入射方向关于光栅(13)的法线对称；当光栅(13)在x向和z向移动时，分别由负n级测量光路光电转换系统(15)和正n级测量光路光电转换系统(16)检测到的两路信号中包含不同的x向位移和z向位移信息，结合参考光路光电转换系统(4)检测到的参考光信息，可解得光栅(13)的x向和z向位移值。