1.一種外差式六自由度光柵運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括單頻激光光源(1)、電光調(diào)制器(2)分光部件(3)、偏振分光棱鏡(4)、測(cè)量臂四分之一波片(51)、測(cè)量臂折光元件(61)、參考臂四分之一波片(52)、參考臂折光元件(62)、二維反射式測(cè)量光柵(71)、二維反射式參考光柵(72)、非偏振分光鏡(81)、光電探測(cè)及信號(hào)處理部件(91)、檢偏器(82)及位置探測(cè)及信號(hào)處理部件(92)；
所述二維反射式測(cè)量光柵(71)和二維反射式參考光柵(72)表面形貌相同，二維反射式測(cè)量光柵(71)的x方向周期和y方向周期均為d；二維反射式參考光柵(72)的z方向周期和y方向周期均為d；所述測(cè)量臂折光元件(61)的x方向折光角度和y方向折光角度均為θ，參考臂折光元件(62)的x方向折光角度和y方向折光角度也均為θ，且滿足2dsinθ＝±λ，式中λ為單頻激光光源(1)的波長(zhǎng)；
所述單頻激光光源(1)發(fā)射的是線偏振單頻激光，偏振方向與z軸呈45度，經(jīng)快軸方向與z軸平行的電光調(diào)制器(2)調(diào)制后輸出外差式激光，該外差式激光由偏振方向沿y軸的s波分量和偏振方向沿z軸的p波分量構(gòu)成，并且s波分量和p波分量之間存在一個(gè)隨電光調(diào)制器(2)所加載的調(diào)制電壓變化而變化的相位差；
外差式激光經(jīng)過分光部件(3)分成四束光強(qiáng)相等的平行光，其中兩束光的轉(zhuǎn)播方向與xoy平面平行、另兩束光的轉(zhuǎn)播方向與xoz平面平行，這四束平行光經(jīng)過偏振分光棱鏡(4)后，每一束的s波分量被反射90度、形成測(cè)量光，每一束的p波分量被透射、形成參考光；
測(cè)量光的四束平行光經(jīng)過快軸方向與測(cè)量光偏振方向呈45度的測(cè)量臂四分之一波片(51)后均被測(cè)量臂折光元件(61)偏折，偏折后的四束測(cè)量光中兩束光的傳播方向平行于yoz平面、另兩束光的傳播方向平行于xoz平面，傳播方向平行于yoz平面的兩束測(cè)量光入射至二維反射式測(cè)量光柵(71)并分別被衍射為y方向的+1級(jí)衍射測(cè)量光和-1級(jí)衍射測(cè)量光，傳播方向平行于xoz平面的兩束測(cè)量光入射至二維反射式測(cè)量光柵(71)并分別被衍射為x方向的+1級(jí)衍射測(cè)量光和-1級(jí)衍射測(cè)量光，四束衍射測(cè)量光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經(jīng)過測(cè)量臂折光元件(61)和測(cè)量臂四分之一波片(51)，此時(shí)四束衍射測(cè)量光的偏振方向沿x軸并被偏振分光棱鏡(4)透射至非偏振分光鏡(81)，非偏振分光鏡(81)透射的四束衍射測(cè)量光入射至光電探測(cè)及信號(hào)處理部件(91)表面，非偏振分光鏡(81)反射的四束衍射測(cè)量光的偏振方向沿z軸，經(jīng)透光方向也沿z軸的檢偏器(82)后，入射至位置探測(cè)及信號(hào)處理部件(92)表面；
參考光的四束平行光經(jīng)過快軸方向與參考光偏振方向呈45度的參考臂四分之一波片后均被參考臂折光元件(62)偏折，偏折后的四束參考光中兩束光的轉(zhuǎn)播方向平行于xoy平面、另兩束光的轉(zhuǎn)播方向平行于xoz平面，傳播方向平行于xoy平面的兩束參考光入射至二維反射式參考光柵(72)并分別被衍射為y方向的+1級(jí)衍射參考光和-1級(jí)衍射參考光，傳播方向平行于xoz平面的兩束參考光入射至二維反射式參考光柵(72)并分別被衍射為x方向的+1級(jí)衍射參考光和-1級(jí)衍射參考光，四束衍射參考光分別沿各自入射光傳播方向的反方向傳播，并再次經(jīng)過參考臂折光元件(62)和參考臂四分之一波片(52)，此時(shí)四束衍射參考光的偏振方向沿y軸并被偏振分光棱鏡(4)反射至非偏振分光鏡(81)，非偏振分光鏡(81)透射的四束衍射參考光入射至光電探測(cè)及信號(hào)處理部件(91)表面，非偏振分光鏡(81)反射的四束衍射參考光的偏振方向沿y軸，因?yàn)闄z偏器(82)的透光方向與y軸垂直，所以這四束衍射參考光被檢偏器(82)完全阻擋；
x方向的兩束衍射測(cè)量光和x方向的兩束衍射參考光在光電探測(cè)及信號(hào)處理部件(91)表面形成兩組干涉，y方向的兩束衍射測(cè)量光和y方向的兩束衍射參考光在光電探測(cè)及信號(hào)處理部件(91)表面形成另兩組干涉；當(dāng)其他元件不動(dòng)、二維反射式測(cè)量光柵(71)沿x軸、y軸和z軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，光電探測(cè)及信號(hào)處理部件(91)分別輸出x方向、y方向和z方向三個(gè)自由度的直線位移；
入射至位置探測(cè)及信號(hào)處理部件(92)表面的只有四束衍射測(cè)量光，當(dāng)其他元件不動(dòng)、二維反射式測(cè)量光柵(71)繞x軸、y軸和z軸產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)角時(shí)，位置探測(cè)及信號(hào)處理部件(92)表面的四束衍射測(cè)量光的光斑位置會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，位置探測(cè)及信號(hào)處理部件(92)將探測(cè)光斑位置的變化，并分別輸出二維反射式測(cè)量光柵(71)繞x軸、y軸和z軸三個(gè)自由度的微小轉(zhuǎn)角。
2.如權(quán)利要求1所述的一種外差式六自由度光柵運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述單頻激光光源(1)是準(zhǔn)直的線偏振半導(dǎo)體激光器或出射端接光纖的線偏振單頻氣體激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種外差式六自由度光柵運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述分光部件(3)為以下三種結(jié)構(gòu)中的一種：第一，所述分光部件(3)由二維透射光柵(31)、反射鏡(321)、遮光光闌(33)組成，所述二維透射光柵(31)的z方向和y方向的光柵周期相等，外差式激光入射至二維透射光柵(31)并被衍射，z方向和y方向的±1級(jí)衍射光經(jīng)反射鏡(321)偏折并通過遮光光闌(33)形成四束光強(qiáng)相等的平行出射光，其他級(jí)次的衍射光被遮光光闌(33)過濾；第二，所述分光部件(3)由二維透射光柵(31)、棱鏡(322)、遮光光闌(33)組成，所述二維透射光柵(31)的z方向和y方向的光柵周期相等，外差式激光入射至二維透射光柵(31)并被衍射，z方向和y方向的±1級(jí)衍射光經(jīng)棱鏡(322)偏折并通過遮光光闌(33)形成四束光強(qiáng)相等的平行出射光，其他級(jí)次的衍射光被遮光光闌(33)過濾；第三，所述分光部件(3)由二維透射光柵(31)、十字形透射光柵(323)、遮光光闌(33)組成，所述二維透射光柵(31)在z方向和y方向上的光柵周期相等，所述十字形透射光柵(323)的表面結(jié)構(gòu)是由四個(gè)等周期一維光柵結(jié)構(gòu)組成的正交十字形結(jié)構(gòu)，十字形透射光柵(323)的光柵周期與二維透射光柵(31)的光柵周期相等，外差式激光入射至二維透射光柵(31)并被衍射，z方向和y方向的±1級(jí)衍射光經(jīng)十字形透射光柵(323)的z方向一維光柵結(jié)構(gòu)和y方向一維光柵結(jié)構(gòu)再次衍射后形成四束光強(qiáng)相等的平行出射光，其他級(jí)次的衍射光被遮光光闌(33)過濾。
4.如權(quán)利要求1所述的一種外差式六自由度光柵運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述測(cè)量臂折光元件(61)為以下三種結(jié)構(gòu)中的一種：第一，所述測(cè)量臂折光元件(61)包括阻擋光闌(611)和折光反射鏡(612)，所述傳播方向平行于yoz平面的兩束平行測(cè)量光經(jīng)過阻擋光闌(611)和折光反射鏡(612)后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測(cè)量光柵(71)發(fā)生衍射，所述傳播方向平行于xoz平面的兩束平行測(cè)量光經(jīng)過阻擋光闌(611)和折光反射鏡(612)后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測(cè)量光柵(71)發(fā)生衍射；第二，所述測(cè)量臂折光元件(61)包括阻擋光闌(611)和折光棱鏡(613)，所述傳播方向平行于yoz平面的兩束平行測(cè)量光經(jīng)過阻擋光闌(33)和折光棱鏡(613)后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測(cè)量光柵(71)發(fā)生衍射，所述傳播方向平行于xoz平面的兩束平行測(cè)量光經(jīng)過阻擋光闌(33)和折光棱鏡(613)后傳播方向分別被偏折±θ并入射至二維反射式測(cè)量光柵(71)發(fā)生衍射；第三，所述測(cè)量臂折光元件(61)由十字形四臺(tái)階透射光柵(614)和阻擋光闌(611)組成，所述十字形四臺(tái)階透射光柵(614)的表面結(jié)構(gòu)是由四個(gè)等周期一維四臺(tái)階光柵結(jié)構(gòu)組成的正交十字結(jié)構(gòu)，十字形四臺(tái)階透射光柵(614)的光柵周期是二維反射式測(cè)量光柵(71)的光柵周期的2倍，所述傳播方向平行于yoz平面的兩束平行測(cè)量光經(jīng)過十字形四臺(tái)階透射光柵(614)后傳播方向分別被偏折±θ,再經(jīng)過阻擋光闌(611)后入射至二維反射式測(cè)量光柵(71)發(fā)生衍射，所述傳播方向平行于xoz平面的兩束平行測(cè)量光經(jīng)過十字形四臺(tái)階透射光柵(614)后傳播方向分別被偏折±θ,再經(jīng)過阻擋光闌(611)后入射至二維反射式測(cè)量光柵(71)發(fā)生衍射，其他級(jí)次的衍射光被阻擋光闌(611)阻擋。
5.如權(quán)利要求1所述的一種外差式六自由度光柵運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述參考臂折光元件(62)為測(cè)量臂折光元件(61)采用的三種結(jié)構(gòu)中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的一種外差式六自由度光柵運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述位置探測(cè)及信號(hào)處理部件(92)由4個(gè)四象限位置敏感探測(cè)器和測(cè)角信號(hào)處理電路構(gòu)成，4個(gè)四象限位置敏感探測(cè)器用于探測(cè)四束衍射測(cè)量光光斑位置的變化，測(cè)角信號(hào)處理電路用于計(jì)算并輸出二維反射式測(cè)量光柵繞x軸、y軸和z軸產(chǎn)生的微小轉(zhuǎn)角。