專利名稱：差動式激光干涉納米位移測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米位移測量方法及裝置，尤其是涉及一種差動式激光干涉納米位移測量方法及裝置。
背景技術(shù)：
超精密加工、微電子制造以及精密測試計量等技術(shù)領(lǐng)域都需要毫米級量程范圍內(nèi)達(dá)到納米級測量精度的位移測量儀器?？v觀國內(nèi)外納米位移測量方法，可以分為兩大類:一類是非光學(xué)測量方法:掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和電容測微儀等；另一類是光學(xué)測量方法:邁克爾遜干涉儀、夕卜差干涉儀、X射線干涉儀等。以掃描隧道顯微鏡為代表的非光學(xué)測量方法的測量分辨率雖然可以達(dá)到亞納米級，但是測量范圍僅為微米量程，而且存在米溯源問題。X射線干涉儀也僅是微米級測量范圍和納米級測量分辨率。邁克爾遜干涉儀和外差干涉儀雖然可以實現(xiàn)大范圍位移測量，但是邁克爾遜干涉儀中存在對干涉條紋細(xì)分的正弦誤差、直流漂移誤差和干涉信號非正交誤差，而外差干涉儀中存在偏振光非正交、橢偏化等偏振態(tài)誤差引起的一階非線性誤差，因此這兩類干涉儀的測量精度和分辨率的進(jìn)一步提高受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種差動式激光干涉的納米位移測量方法及裝置，采用單頻干涉的原理，實現(xiàn)波長λ 2的干涉條紋整數(shù)計數(shù)，采用差動干涉原理，以波長λ i的干涉信號作為參考，將波長λ 2的干涉條紋小數(shù)部分的測量轉(zhuǎn)化為對波長入1和λ 2的干涉信號相位差的測量，從而實現(xiàn)大范圍和高精度的位移測量。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一、一種差動式激光干涉納米位移測量方法:( I)雙頻激光器輸出波長為^和λ 2的正交線偏振光，射向由兩個分光鏡、兩個偏振分光鏡、一個參考角錐棱鏡、壓電陶瓷驅(qū)動器和一個測量角錐棱鏡構(gòu)成的差動式激光干涉儀，分別形成各自的干涉信號，由三個探測器接收，參考角錐棱鏡固定在壓電陶瓷驅(qū)動器上；(2)開始測量位移之前，通過壓電陶瓷驅(qū)動器調(diào)制參考角錐棱鏡在I μ m行程內(nèi)往返運(yùn)動，測出此時波長入1和λ 2干涉信號的相位差為Ap1壓電陶瓷驅(qū)動器停止調(diào)制；(3)然后測量光路中的測量角錐棱鏡移動一被測位移△ 1，由雙向計數(shù)模塊測得波長λ 2的整數(shù)干涉條紋變化數(shù)N，接著再次調(diào)制參考角錐棱鏡在I μ m行程內(nèi)往返運(yùn)動，測得
此時波長入1和λ 2干涉信號的相位差為Δ@2，則波長λ 2的小數(shù)干涉條紋變化數(shù)ε為:
權(quán)利要求
1.一種差動式激光干涉納米位移測量方法，其特征在于: (1)雙頻激光器輸出波長為^和λ2的正交線偏振光，射向由兩個分光鏡、兩個偏振分光鏡、一個參考角錐棱鏡、壓電陶瓷驅(qū)動器和一個測量角錐棱鏡構(gòu)成的差動式激光干涉儀，分別形成各自的干涉信號，由三個探測器接收，參考角錐棱鏡固定在壓電陶瓷驅(qū)動器上； (2)開始測量位移之前，通過壓電陶瓷驅(qū)動器調(diào)制參考角錐棱鏡在Iμ m行程內(nèi)往返運(yùn)動，測出此時波長入1和λ2干涉信號的相位差為Δ約，壓電陶瓷驅(qū)動器停止調(diào)制； (3)然后測量光路中的測量角錐棱鏡移動一被測位移Al，由雙向計數(shù)模塊測得波長入2的整數(shù)干涉條紋變化數(shù)N，接著再次調(diào)制參考角錐棱鏡在I μ m行程內(nèi)往返運(yùn)動，測得此時波長^和λ 2干涉信號的相位差為，則波長λ 2的小數(shù)干涉條紋變化數(shù)ε為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的一種差動式激光干涉納米位移測量裝置，其特征在于:包括雙頻激光器(I)，第一分光鏡(2)，參考角錐棱鏡(3),壓電陶瓷驅(qū)動器(4),第一偏振分光鏡(5)，測量角錐棱鏡(6),第二偏振分光鏡(7),第二分光鏡(8),第一探測器(9),第二探測器(10)和第三探測器(11);雙頻激光器(I)輸出波長為入1和λ 2的正交線偏振光射向由第一分光鏡(2)、參考角錐棱鏡(3)、壓電陶瓷驅(qū)動器(4)、第一偏振分光鏡(5)、第二角錐棱鏡(6)和第二偏振分光鏡(7)組成的差動式激光干涉儀，形成各自的干涉信號，經(jīng)第二偏振分光鏡(7)和第二分光鏡(8)分光后，分別由第一探測器(9)、第二探測器(10)和第三探測器(11)接收，參考角錐棱鏡(3)固定在壓電陶瓷驅(qū)動器(4)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種差動式激光干涉納米位移測量方法及裝置。雙頻激光器輸出波長分別為和的正交線偏振光，射向由兩個分光鏡、兩個偏振分光鏡、兩個角錐棱鏡和壓電陶瓷驅(qū)動器構(gòu)成的差動式激光干涉儀，分別形成各自的干涉信號，由三個光電探測器接收。測量前，通過壓電陶瓷驅(qū)動器調(diào)制參考角錐棱鏡在1μm行程內(nèi)往返運(yùn)動，測得和的干涉信號的相位差為；然后參考角錐棱鏡靜止，測量角錐棱鏡移動一被測位移，的整數(shù)干涉條紋變化數(shù)由雙向計數(shù)模塊測得，再次調(diào)制參考角錐棱鏡測得此時和的干涉信號的相位差為，由得到的小數(shù)干涉條紋變化數(shù)；計算機(jī)根據(jù)測得的干涉條紋的整數(shù)和小數(shù)，計算得出被測位移。本發(fā)明適用于納米級精度的位移測量技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號G01B11/02GK103075969SQ20131001510
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者嚴(yán)利平, 陳本永, 田秋紅, 孫政榮, 周硯江 申請人:浙江理工大學(xué)