[发明专利]一种外差式四自由度光栅运动测量系统

摘要

本发明涉及一种外差式四自由度光栅运动测量系统，包括单频激光光源、电光调制器、分光部件、偏振分光棱镜、测量臂四分之一波片、测量臂折光元件、参考臂四分之一波片、参考臂折光元件、一维反射式参考光栅、一维反射式测量光栅、非偏振分光镜、光电探测及信号处理部件、检偏器、位置探测及信号处理部件；其中非偏振分光镜、检偏器和位置探测及信号处理部件可以测量由于一维反射式测量光栅微小倾角所导致的两束衍射测量光光斑位置的变化，进而实现对一维反射式测量光栅微小倾角的精确测量。本发明不仅能够测量一维反射式测量光栅沿x轴和z轴两个自由度的大行程直线位移，而且能够测量一维反射式测量光栅绕x轴和z轴两个自由度的微小倾角。

主权项

一种外差式四自由度光栅运动测量系统，包括单频激光光源(1)、电光调制器(2)、分光部件(3)、偏振分光棱镜(4)、测量臂四分之一波片(51)、测量臂折光元件(61)、参考臂四分之一波片(52)、参考臂折光元件(62)、一维反射式测量光栅(71)、一维反射式参考光栅(72)、非偏振分光镜(81)、光电探测及信号处理部件(91)、检偏器(82)、位置探测及信号处理部件(92)；所述单频激光光源(1)发射的是偏振方向与z轴呈45度的线偏振单频激光，发出的激光经快轴方向与z轴平行的电光调制器(2)形成外差式激光，该外差式激光由偏振方向沿y轴的s波分量和偏振方向沿z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；外差式激光进入分光部件(3)并被分成两束光强相等的平行光，两束平行光经过偏振分光棱镜(4)，两束平行光每一束的s波分量被反射90度形成测量光，每一束的p波分量被透射形成参考光；测量光的两束平行光经过快轴方向与测量光偏振方向呈45度的测量臂四分之一波片(51)后均被测量臂折光元件(61)偏折，偏折后的两束测量光入射至一维反射式测量光栅(71)并分别被衍射为+1级衍射测量光和‑1级衍射测量光，两束衍射测量光分别沿各自入射光传播方向的反方向传播，并再次经过测量臂折光元件(61)和测量臂四分之一波片(51)，并被偏振分光棱镜(4)透射至非偏振分光镜(81)，非偏振分光镜(81)透射的两束衍射测量光入射至光电探测及信号处理部件(91)表面，非偏振分光镜(81)反射的两束衍射测量光经透光方向沿z轴的检偏器(82)入射至位置探测及信号处理部件(92)表面；参考光的两束平行光经过快轴方向与参考光偏振方向呈45度的参考臂四分之一波片(52)后均被参考臂折光元件(62)偏折，偏折后的两束参考光入射至一维反射式参考光栅(72)并分别被衍射为+1级衍射参考光和‑1级衍射参考光，两束衍射参考光分别沿各自入射光传播方向的反方向传播，并再次经过参考臂折光元件(62)和参考臂四分之一波片(52)，并被偏振分光棱镜(4)反射至非偏振分光镜(81)，非偏振分光镜(81)透射的两束衍射参考光入射至光电探测及信号处理部件(91)表面，与两束衍射测量光形成两组干涉，非偏振分光镜(81)反射的两束衍射参考光被检偏器(82)完全阻挡。