[发明专利]一种自溯源型光栅干涉精密位移测量系统

权利要求书

1.一种自溯源型光栅干涉精密位移测量系统，其特征在于，包括相干光源(1)、光电探测模块(2)、自溯源光栅(3)和信号处理模块(5)，所述自溯源光栅(3)设置于待测的位移运动平台(4)上，所述相干光源(1)、光电探测模块(2)和信号处理模块(5)依次连接，所述相干光源(1)产生的激光经光电探测模块(2)传播后，入射至自溯源光栅(3)，与自溯源光栅(3)发生衍射作用，返回至光电探测模块(2)中继续传播，进入信号处理模块(5)，信号处理模块(5)采集干涉信号获取运动位移量和运动方向；

所述光电探测模块(2)包括衍射光生成单元和信号接收单元，其中，所述衍射光生成单元包括第一波片(201)、第一偏振分光棱镜(202)、第二波片(203)、第三波片(204)、第一平面反射镜(205)和第二平面反射镜(206)，所述第一波片(201)接收的激光经第一偏振分光棱镜(202)等比例分解为垂直偏振光和水平偏振光，垂直偏振光依次经第三波片(204)和第一平面反射镜(205)后以Littrow角入射至自溯源光栅(3)发生衍射，水平偏振光依次经第二波片(203)和第二平面反射镜(206)后以Littrow角入射至自溯源光栅(3)发生衍射，两束衍射光分别沿原光路返回，合束后一同射入信号接收单元。

2.根据权利要求1所述的自溯源型光栅干涉精密位移测量系统，其特征在于，所述相干光源(1)与光电探测模块(2)自由空间连接或通过光纤连接。

3.根据权利要求2所述的自溯源型光栅干涉精密位移测量系统，其特征在于，所述第一波片(201)为二分之一波片，使入射激光的偏振方向与入射平面呈45°，所述第二波片(203)和第三波片(204)为四分之一波片，快轴与光入射平面呈45°。

4.根据权利要求2所述的自溯源型光栅干涉精密位移测量系统，其特征在于，所述信号接收单元包括非偏振分光平片(207)、第四波片(208)、第五波片(209)和两组探测子单元，每组探测子单元分别与所述第四波片(208)和第五波片(209)对应设置，经非偏振分光平片(207)的衍射光被非偏振的以光强等比例的条件分为两路，一路依次射入第四波片(208)和一组探测子单元，另一路依次射入第五波片(209)和另一组探测子单元，所述探测子单元与信号处理模块(5)连接。

5.根据权利要求4所述的自溯源型光栅干涉精密位移测量系统，其特征在于，所述第四波片(208)为四分之一波片，快轴与光入射平面成45°，所述第五波片(209)为二分之一波片，快轴与光入射平面成22.5°。

6.根据权利要求4所述的自溯源型光栅干涉精密位移测量系统，其特征在于，所述探测子单元包括第二偏振分光棱镜(210)、第一光电探测器(212)和第二光电探测器(213)，所述第一光电探测器(212)和第二光电探测器(213)分别对应接收经所述第二偏振分光棱镜(210)等比例分解的垂直偏振光和水平偏振光，形成干涉信号。

7.根据权利要求1所述的自溯源型光栅干涉精密位移测量系统，其特征在于，所述信号处理模块(5)采集干涉信号获取运动位移量和运动方向具体为：

获取干涉信号的光强，基于关系式获得自溯源光栅(3)所在光栅平面的一维运动距离x，其中，I为干涉信号的光强，d为自溯源光栅(3)的周期；通过相位解包裹、反正切的方法求解每一路干涉信号的相位信息，以判断运动的正负方向。

8.根据权利要求1所述的自溯源型光栅干涉精密位移测量系统，其特征在于，所述自溯源光栅(3)由原子光刻技术在真空环境下将金属材料加热升华至气体状态并以泻流方式引出金属原子束制备得到。

9.根据权利要求1所述的自溯源型光栅干涉精密位移测量系统，其特征在于，所述相干光源(1)的激光波长小于2倍自溯源光栅(3)的周期。