專利名稱：雙頻激光干涉儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與長度計量有關(guān)，是對雙頻激光干涉儀的改進，以提高雙頻激光干涉儀的分辨率。
背景技術(shù)：
雙頻激光干涉儀由于具有大測量范圍、高分辨率、高精度、及高速度等綜合優(yōu)勢，并且可通過與不同的附件組合，可進行長度、速度、角度、平面度、直線度和垂直度等的測量，在精密和超精密制造領(lǐng)域獲得到了廣泛的應(yīng)用，例如，精密坐標機床的標定、高精度傳感器的標定、光刻機的工件臺和掩模臺的精密定位等。
目前商品化雙頻激光干涉儀結(jié)構(gòu)如圖1所示，該雙頻激光干涉儀，包括一雙頻激光器4，在該激光器4的輸出光路上設(shè)置一偏振分光鏡2，該偏振分光鏡2的分光面與激光器4的輸出光路成45°，在該偏振分光鏡2反射光方向放置一固定角錐棱鏡5，透射方向是一移動角錐棱鏡1，在該偏振分光鏡2的輸出光方向、雙頻激光器4的同側(cè)還有一探測器3。
雙頻激光器4產(chǎn)生二束振動方向相互垂直、頻率分別為f1和f2、頻差為Δf的線偏振光。這二束光進入偏振分光鏡2，其中垂直振動的頻率為f1的線偏振光全部反射到固定的角錐棱鏡5，而平行振動的頻率為f2的線偏振光全部透過進入移動角錐棱鏡1。這二束光分別經(jīng)角錐棱鏡5和1反射后，在偏振分光鏡2分光面會合。該干涉儀是基于多普勒頻移原理進行測長，在當角錐棱鏡1移動時，由于多普勒效應(yīng)，f2變?yōu)閒2±Δf2，利用探測器3得到具有位移量信息的雙頻激光干涉測試信號。
目前，盡管一臺普通的雙頻激光干涉儀自身具有較高的分辨率，例如，可達納米量級，但在很多情況下，分辨率達納米量級的雙頻激光干涉儀給出的測量精度常常是微米量級，甚至更差。
隨著微納米制造技術(shù)的發(fā)展，對干涉儀的精度提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙頻激光干涉儀，對現(xiàn)有雙頻激光干涉儀進行改進，以提高現(xiàn)有雙頻激光干涉儀的測量精度。
本發(fā)明的基本思想是在一商品化雙頻激光干涉儀的基礎(chǔ)上，采用一種簡便的方法，在光路中增加一塊反射鏡，實現(xiàn)光學二細分，從而提高儀器的測試精度。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種雙頻激光干涉儀，包括一雙頻激光器，在該激光器的輸出光路上設(shè)置一偏振分光鏡，該偏振分光鏡的分光面與激光器的輸出光路成45°，在該偏振分光鏡的輸出光方向放置一固定角錐棱鏡，透射方向是一移動角錐棱鏡，在該偏振分光鏡的輸出光方向和雙頻激光器的同側(cè)還有一探測器，其特征是在所述的偏振分光鏡和探測器之間設(shè)有一反射鏡，在雙頻激光器和偏振分光鏡之間的光路上成45°地放置一光束轉(zhuǎn)換器和反射鏡。
本發(fā)明由于在光路中增加了一塊反射鏡，實現(xiàn)光學二細分，使該儀器的分辨率提高一倍，測試精度提高了一倍。


圖1是現(xiàn)有的雙頻激光干涉儀結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明雙頻激光干涉儀結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
先請參閱圖2，圖2是本發(fā)明雙頻激光干涉儀結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明雙頻激光干涉儀，包括一雙頻激光器4，在該激光器4的輸出光路上設(shè)置一偏振分光鏡2，該偏振分光鏡2的分光面與激光器4的輸出光路成45°，在該偏振分光鏡2反射光方向放置一固定角錐棱鏡5，透射方向是一移動角錐棱鏡1，在該偏振分光鏡2的輸出光方向、雙頻激光器4的同側(cè)還有一探測器3，其特征是在所述的偏振分光鏡2和探測器3之間設(shè)有一反射鏡6，在雙頻激光器4和偏振分光鏡2之間的光路上成45°放置一光束轉(zhuǎn)換器8和反射鏡7。
在偏振分光鏡2如圖所示位置增加一塊光學反射鏡6，使帶有位移信息的測量光f2和參考光f1不再如圖1所示直接進入探測器3，而是按原光路返回，通過45°光束轉(zhuǎn)換器7和45°反射鏡8后進入探測器3，通過增加了一塊光學平面反射鏡6，使測量光和參考光都往返走了兩次，達到了光程差倍增之目的，使得新的測量系統(tǒng)的分辨率較原有的該商品化雙頻激光干涉儀分辨率提高了一倍，從而在相同測試條件下使得測試精度提高了一倍。
利用對如圖1所示的商品化雙頻激光干涉儀和如圖2所示的本發(fā)明分別進行了500mm范圍的靜態(tài)定位精度測試試驗?？梢苿拥慕清F棱鏡1固定在具有很好隔振性能的導軌上，使被測量物處于十分穩(wěn)定狀態(tài)，避免由于被測量物體振動造成的誤差。從0點開始，間隔為50mm，到500mm處，共11個測量點。每個測量點進行三次取樣測試，每次取樣測試由微機自動記錄6個數(shù)據(jù)，取每個數(shù)據(jù)的時間間隔為0.35秒，因此每次測量的采樣時間在2秒鐘之內(nèi)。在測試過程中，對影響測量精度的環(huán)境溫度、大氣壓力、空氣濕度以及測量載體的材料溫度等環(huán)境因素的變化進行跟蹤測量。實際上，在1.5秒到2秒時間范圍之內(nèi)，影響測量精度的環(huán)境溫度、大氣壓力、空氣濕度以及測量載體的材料溫度的變化甚微，測量結(jié)果是可靠的。對如圖1所示的商品化雙頻激光干涉儀和如圖2所示的本發(fā)明分別進行的500mm范圍靜態(tài)定位精度測試試驗，如上所述，分別得到33個定位精度誤差，定位精度由每一組6個取樣數(shù)據(jù)中的最大值減最小值，再除以2獲得。上述二種情況下得到的66個數(shù)據(jù)，其定位精度誤差都在10納米之內(nèi)，由于本發(fā)明的光程差增大了一倍，其測試結(jié)果要除以2，顯然，本發(fā)明所得到的定位精度比原商品化雙頻激光干涉儀的測試結(jié)果提高了一倍。
權(quán)利要求
1.一種雙頻激光干涉儀，包括一雙頻激光器(4)，在該激光器(4)的輸出光路上設(shè)置一偏振分光鏡(2)，該偏振分光鏡(2)的分光面與激光器(4)的輸出光路成45°，在該偏振分光鏡(2)的輸出光方向放置一固定角錐棱鏡(5)，透射方向是一移動角錐棱鏡(1)，在該偏振分光鏡(2)的輸出光方向和雙頻激光器(4)的同側(cè)還有一探測器(3)，其特征是在所述的偏振分光鏡(2)和探測器(3)之間設(shè)有一反射鏡(6)，在雙頻激光器(4)和偏振分光鏡(2)之間的光路上成45°地放置一光束轉(zhuǎn)換器(8)和反射鏡(7)。
全文摘要
一種雙頻激光干涉儀，包括一雙頻激光器，在該激光器的輸出光路上設(shè)置一偏振分光鏡，該偏振分光鏡的分光面與激光器的輸出光路成45°，在該偏振分光鏡反射光方向放置一固定角錐棱鏡，透射方向是一移動角錐棱鏡，在該偏振分光鏡的輸出光方向、雙頻激光器的同側(cè)還有一探測器，其特征是在所述的偏振分光鏡和探測器設(shè)有一反射鏡，在雙頻激光器和偏振分光鏡之間的光路上成45°放置一光束轉(zhuǎn)換器和反射鏡。本發(fā)明在相同測試條件下，與現(xiàn)有雙頻激光干涉儀相比，測試精度提高了一倍。該發(fā)明的測試方法具有簡便、經(jīng)濟、精度高等優(yōu)點。
文檔編號G01B9/02GK1587895SQ20041005291
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者程兆谷, 高海軍 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所