[发明专利]五轴平镜干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及多轴干涉仪，特别是一种五轴平镜干涉仪。

背景技术

干涉仪是对目标装置的位移、长度等量进行精密测量的必不可少的工具。在干涉仪中，通过将光学路径长度的变化转换成位移量以对位移进行精确测量。双频激光干涉仪具有分辨率高、测速快、测量范围大、可进行多轴同步测量等优点，因此被广泛应用于先进制造和纳米技术中，比如用作高精度光刻机工件台掩模台的定位和测量。

为了能同时对目标装置进行长度或位移量、轴向旋转量等多个自由度的测量，可采用包含多个激光束的多轴干涉仪，每一个激光束对应干涉仪的一个测量轴。在多轴干涉仪中，多轴分光的光束必须具有相等的能量而且彼此互相平行。分光系统设计的好坏是多轴细分干涉仪成败的关键所在。一个好的分光系统能使干涉仪具有高稳定性和各路光束温度漂移的一致性。

尽管多轴干涉仪已经被成功应用于诸多领域，但是对其性能进行持续提高以获得很好的测量精度，特别是对多轴干涉仪的分光系统进行不断改进以获得较好的稳定性、较低的温漂和非线性误差以及可调节性，仍是当前不断追求的目标。因此，多轴干涉仪的分光系统必须进行精心设计以确保由于光路不平衡引入的测量误差，比如热漂移和非线性误差等降低到最小。国际知名公司的多轴干涉仪常采用单一表面镀多种不同要求的膜层的块状光学分光元件用于分光。 这种分光方法对光学加工精度要求非常高，而且同一块分光元件要在二个通光面镀增透、全反以及各种不同分光比的分光膜等多种不同要求的膜层，对镀膜造成很大困难。此外，由于各路分光光束在块状光学分光元件中走过的路径不同，引起各路光束的温度漂移不一致。由于块状光学分光元件的各个分光面和反射面之间的几何位置是固定的，对每一分光束无法进行单独调节。因此，这种分光系统在应用中存在着各路光束温度漂移一致性较差、光路调节较难等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种五轴平镜干涉仪，该干涉仪具有元件易加工、光路调节相对容易、非线性误差小和各路光束温漂一致等优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种五轴平镜干涉仪，特点在于其构成包括沿偏振正交双频激光入射方向依次为五轴分光系统和干涉模块。

所述的五轴分光系统由4个45^o平面分光镜和3个45^o全反镜以及1个全透补偿镜组成，其位置关系如下：

在偏振正交双频激光入射方向设置一个分光比为40%的第一45^o平面分光镜，在该第一45^o平面分光镜的上方依次设置分光比33%第二平面分光镜和第一45^o全反镜，2个50%第三平面分光镜、第四平面分光镜和一个全透镜自下而上依次放置在同一个垂面上，2个第二45^o全反镜、第三45^o全反镜自下而上依次放置在另一个与其平行的垂面上；

第一45^o平面分光镜将入射的偏振正交双频激光分成40%的透射光束和60%的反射光束，该透射光束方向设置50%的第三45^o平面分光镜，经该第三45^o平面分光镜分为能量相等的透射光和反射光各一束，其中反射光束经第二45^o全反镜反射后，其传播方向与透射光平行，从而形成下层A、B号光；

经第一45^o平面分光镜反射的能量为60%的反射光束则经过与第一45^o平面分光镜上下平行放置的分光比为33%的第二45^o平面分光镜又被分成33%的透射光束和66%的反射光束；其中的反射光束又入射到50%的第四45^o平面分光镜，该第四平面分光镜分为能量相等的透射光束和反射光束，其中的反射光束再经第三45^o全反镜反射后，使得传播方向与透射光平行，从而形成中层C、D号光；

经过第二平面分光镜的透射光束再经与第二平面分光镜上下平行放置的第一45^o全反镜反射后也改变其传播方向并与上述各分光束平行；该光束又入射到一个全透镜后形成上层E号光，全透镜的使用是为了使分光系统中每一路光束在介质中的传输距离尽量相等，以保证各路光束温度漂移的一致性；这样，从激光器输出的一束双频激光经过该五轴分光系统后被分成能量相等且相互平行的五束光，上层一束,中、下层各两束。