CN103673892B - 一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置 - Google Patents
一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103673892B CN103673892B CN201310596451.1A CN201310596451A CN103673892B CN 103673892 B CN103673892 B CN 103673892B CN 201310596451 A CN201310596451 A CN 201310596451A CN 103673892 B CN103673892 B CN 103673892B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical path
- light
- level optical
- positive
- negative
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 227
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 89
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 33
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000004304 visual acuity Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000002050 diffraction method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置，该装置主要包括激光器、1/4波片、分光系统、光电转换系统、偏振分光镜、反射镜和光栅等。激光器射出的双频激光通过1/4波片后进入分光系统，被分为三路。除一路进入参考光路光电转换系统外，剩余两路进入正负测量光路偏振分光镜，其中反射s光以据相应衍射级次设定的入射角照射到光栅上，经过二次衍射后在偏振分光面上与p光发生干涉，之后进入测量光路光电转换系统。当光栅移动时，测量光路光电转换系统检测到包含位移信息的两路信号，通过这两路信号可解得光栅水平和垂向位移。由于测量光经二次衍射后能否原路返回仅取决于入射角，与光栅位移无关，因此该装置能够实现水平大行程及垂向位移测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种光栅测量装置，特别涉及一种采用对称式光路结构的光栅外差干涉二次衍射测量装置。
背景技术
随着微纳加工及制造技术的不断发展，对超精密工件台的运动精度提出了越来越高的要求，因此，对给工件台提供实时位置信息的闭环反馈测量仪器的精度也提出了越来越高的要求。目前精密位移传感器主要包括激光干涉仪和光栅两类。虽然激光干涉仪具有测量分辨率高、测量精度高、信号信噪比大等优点，但其对环境影响敏感的特点限制了其在更高精度场合的应用。相比之下，光栅对环境不敏感，且重复测量精度高，因此其在工件台超精密位移测量中具有非常大的应用潜力。
目前许多科研机构开展了利用光栅进行工件台超精密测量的研究。韩国学者Jong-AhhKim在研究论文“Six-degree-of-freedomdisplacementmeasurementsystemusingadiffractiongrating,ReviewofScientificInstruments,Vol.71,No.8,2000”中提出了一种利用衍射光栅和PSD进行运动平台6-DOF位移测量的方案，但由于PSD的测量精度较低，因而其最终位移测量无法实现很高精度。日本学者WeiGao在研究论文“Asurfacemotor-drivenplanarmotionstageintegratedwithanXYθZsurfaceencoderforprecisionpositioning,PrecisionEngineering28(2004)329～337”中提出了一种利用二维正弦光栅进行运动平台平面三自由度位移的测量方案。在此基础上，该作者在研究论文“Precisionpositioningofafivedegree-of-freedomplanarmotionstage,Mechatronics15(2005)969～987”中通过新增角度传感器提出了一种五自由度位移测量方案。以上方案构思巧妙，但限于光栅栅距及传感器检测精度，只能达到几十纳米的分辨率及亚微米级测量精度。国际光刻机顶尖制造商ASML也积极开展这方面研究。专利US20090061361A1（公开日2010年9月28日）、US007102729B2（公开日2006年9月5日）、US00748312B2（公开日2009年1月27日）公开了一种利用衍射光栅+高度传感器的组合测量系统用于浸没式光刻机工件台位移的测量。水平方向位移采用光栅结合读数头进行测量；高度传感器一般选择电涡流传感器、电容传感器或激光干涉仪。多种传感器的使用带来系统复杂，造成测量精度下降。
发明内容
考虑到以上方案方法存在的缺陷，本发明提出一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置。该装置能实现亚纳米级甚至更高的分辨率及测量精度，且同时能够测量水平方向大行程位移以及较大范围的垂向位移。该装置能够有效克服激光干涉仪测量系统受环境影响较大等缺陷，在超精密运动平台中具有巨大应用前景。
本发明的技术方案如下：
一种对称式光栅外差干涉二次衍射装置，包括激光器、1/4波片、分光系统、参考光路光电转换系统、负n级测量光路偏振分光镜、负n级测量光路第一1/4波片、负n级测量光路第二1/4波片、负n级测量光路反射镜、正n级测量光路偏振分光镜、正n级测量光路第一1/4波片、正n级测量光路第二1/4波片、正n级测量光路反射镜、光栅、中心反射镜、负n级测量光路光电转换系统和正n级测量光路光电转换系统，其中n为正整数；
其特征在于：激光器出射一束光束，该光束含有两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光，经过1/4波片之后，所述两个圆偏振光变为两个相互垂直的线偏振光；接着，所述包含两个相互垂直线偏振光的光束经过分光系统后分成参考光、负n级测量光和正n级测量光三路光，每路光均包含两个相互垂直的线偏振光；参考光进入参考光路光电转换系统，另两路分别进入负n级测量光路偏振分光镜和正n级测量光路偏振分光镜；
负n级测量光路偏振分光镜将负n级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过负n级测量光路第一1/4波片后在中心反射镜左侧以与光栅法线夹角为θ的方向入射到光栅上发生衍射，产生衍射角为0°衍射级次为-n的一次衍射光，所述衍射级次为-n的一次衍射光入射至与光栅平行放置的中心反射镜上，并被其反射回光栅再次发生衍射，产生二次衍射光(-n，-n)，所述二次衍射光(-n，-n)沿起始入射方向经过负n级测量光路第一1/4波片回到负n级测量光路偏振分光镜；而由负n级测量光路偏振分光镜分出的透射p光经过负n级测量光路第二1/4波片后由负n级测量光路反射镜反射，又经负n级测量光路第二1/4波片回到负n级测量光路偏振分光镜；所述回到负n级测量光路偏振分光镜的两束光在此处叠加合成一束光，进入负n级测量光路光电转换系统；
正n级测量光路偏振分光镜将正n级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过正n级测量光路第一1/4波片后在中心反射镜右侧以与光栅法线夹角为θ的方向入射到光栅上发生衍射，产生衍射角为0°衍射级次为+n的一次衍射光，所述衍射级次为+n的一次衍射光入射至与光栅平行放置的中心反射镜上，并被其反射回光栅再次发生衍射，产生二次衍射光(+n，+n)，所述二次衍射光(+n，+n)沿起始入射方向经过正n级测量光路第一1/4波片回到正n级测量光路偏振分光镜；而由正n级测量光路偏振分光镜分出的透射p光经过正n级测量光路第二1/4波片后由正n级测量光路反射镜反射，又经正n级测量光路第二1/4波片回到正n级测量光路偏振分光镜；所述回到正n级测量光路偏振分光镜的两束光在此处叠加合成一束光，进入正n级测量光路光电转换系统；
经过负n级测量光路第一1/4波片入射到光栅的光束与经过正n级测量光路第一1/4波片入射到光栅的光束两者的入射方向关于光栅的法线对称；当光栅在x向和z向移动时，分别由负n级测量光路光电转换系统和正n级测量光路光电转换系统检测到的两路信号中包含不同的x向位移和z向位移信息，结合参考光路光电转换系统检测到的参考光信息，可解得光栅的x向和z向位移值。
本发明分光系统有以下几种方案：
第一种：分光系统由参考分光镜和测量分光镜组成；所述经1/4波片后包含两个相互垂直线偏振光的光束经过参考分光镜后分出一束反射光和一束透射光，该反射光进入参考光路光电转换系统；透射光进入测量分光镜后被分成一束反射光和一束透射光,此反射光进入负n级测量光路偏振分光镜，透射光进入正n级测量光路偏振分光镜。
第二种：分光系统由参考光路输出光纤、负n级测量光路输出光纤和正n级测量光路输出光纤组成；所述参考光路输出光纤通过参考光路输出光纤接口将参考光信号输入到参考光路光电转换系统，负n级测量光路输出光纤通过负n级测量光路输出光纤接口将负n级测量光输入到负n级测量光路偏振分光镜，正n级测量光路输出光纤通过正n级测量光路输出光纤接口将正n级测量光输入到正n级测量光路偏振分光镜。
第三种：分光系统由参考双频激光发生器分光部件、测量双频激光发生器分光部件组成；所述参考双频激光发生器分光部件包括参考双频激光发生器分光部件线偏振器、参考双频激光发生器分光部件光栅，所述测量双频激光发生器分光部件包括测量双频激光发生器分光部件线偏振器、测量双频激光发生器分光部件光栅；所述经1/4波片后包含两个相互垂直线偏振光的光束经过参考双频激光发生器分光部件后分成两束光，一束进入参考光路光电转换系统；另一束进入测量双频激光发生器分光部件，被分为两束光，分别进入负n级测量光路偏振分光镜和正n级测量光路偏振分光镜。
本发明的技术特征还在于：参考光路光电转换系统由参考光路检偏器和参考光路光电检测器组成，负n级测量光路光电转换系统由负n级测量光路检偏器和负n级测量光路光电检测器组成，正n级测量光路光电转换系统由正n级测量光路检偏器和正n级测量光路光电检测器组成。
本发明的技术特征还在于：中心反射镜采用直角棱镜。
本发明所述的一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置的优点及突出性效果主要表现在：①由于衍射级次可调，因此可实现亚纳米甚至更高分辨率及精度；②由于采用光栅测量，因此受外界环境影响小、重复测量精度较高；③由于光栅水平向运动不影响测量光的二次衍射，因此可测量水平向大行程位移；④由于使用了两次衍射测量原理，因此可测量较大行程的垂向位移；⑤由于可通过调整入射角实现不同衍射级次，则可实现较高的测量分辨率。
附图说明
图1为本发明所述对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置的结构示意图。
图2为本发明使用第一种分光系统的测量装置实施例示意图。
图3为本发明使用第二种分光系统的测量装置实施例示意图。
图4为本发明使用第三种分光系统的测量装置实施例示意图。
图5为本发明利用光路检偏器和光电检测器组成光电转换系统的测量装置实施示意图。
图6为本发明以直角棱镜替代中心反射镜为例的测量装置示意图。
其中，1-激光器；2-1/4波片；3-分光系统；31-参考分光镜；32-测量分光镜；33-参考光路输出光纤；33a-参考光路输出光纤接口；34-负n级测量光路输出光纤；34a-负n级测量光路输出光纤接口；35-正n级测量光路输出光纤；35a-正n级测量光路输出光纤接口；36-参考双频激光发生器分光部件；36a-参考双频激光发生器分光部件线偏振器；36b-参考双频激光发生器分光部件光栅；37-测量双频激光发生器分光部件；37a-测量双频激光发生器分光部件线偏振器；37b-测量双频激光发生器分光部件光栅；4-参考光路光电转换系统；41-参考光路检偏器；42-参考光路光电检测器；5-负n级测量光路偏振分光镜；6-负n级测量光路第一1/4波片；7-负n级测量光路第二1/4波片；8-负n级测量光路反射镜；9-正n级测量光路偏振分光镜；10-正n级测量光路第一1/4波片；11-正n级测量光路第二1/4波片；12-正n级测量光路反射镜；13-光栅；14-中心反射镜；141-直角棱镜；15-负n级测量光路光电转换系统；151-负n级测量光路检偏器；152-负n级测量光路光电检测器；16-正n级测量光路光电转换系统；161-正n级测量光路检偏器；162-正n级测量光路光电检测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
请参考图1，图1为本发明所述对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置。如图1所示，该测量装置包括激光器1、1/4波片2、分光系统3、参考光路光电转换系统4、负n级测量光路偏振分光镜5、负n级测量光路第一1/4波片6、负n级测量光路第二1/4波片7、负n级测量光路反射镜8、正n级测量光路偏振分光镜9、正n级测量光路第一1/4波片10、正n级测量光路第二1/4波片11、正n级测量光路反射镜12、光栅13、中心反射镜14、负n级测量光路光电转换系统15和正n级测量光路光电转换系统16，其中n为正整数。
激光器1出射一束光束，该光束含有两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光，经过1/4波片2之后，所述两个圆偏振光变为两个相互垂直的线偏振光；接着，所述包含两个相互垂直线偏振光的光束经过分光系统3后分成参考光、负n级测量光和正n级测量光三路光，每路光均包含两个相互垂直的线偏振光；参考光进入参考光路光电转换系统4，另两路分别进入负n级测量光路偏振分光镜5和正n级测量光路偏振分光镜9。
负n级测量光路偏振分光镜5将负n级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过负n级测量光路第一1/4波片6后在中心反射镜14左侧以与光栅法线夹角为θ的方向入射到光栅13上发生衍射，产生衍射角为0°衍射级次为-n的一次衍射光，所述衍射级次为-n的一次衍射光入射至与光栅13平行放置的中心反射镜14上，并被其反射回光栅13再次发生衍射，产生二次衍射光(-n，-n)，所述二次衍射光(-n，-n)沿起始入射方向经过负n级测量光路第一1/4波片6回到负n级测量光路偏振分光镜5；而由负n级测量光路偏振分光镜5分出的透射p光经过负n级测量光路第二1/4波片7后由负n级测量光路反射镜8反射，又经负n级测量光路第二1/4波片7回到负n级测量光路偏振分光镜5；所述回到负n级测量光路偏振分光镜5的两束光在此处叠加合成一束光，进入负n级测量光路光电转换系统15。
正n级测量光路偏振分光镜9将正n级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过正n级测量光路第一1/4波片10后在中心反射镜14右侧以与光栅法线夹角为θ的方向入射到光栅13上发生衍射，产生衍射角为0°衍射级次为+n的一次衍射光，所述衍射级次为+n的一次衍射光入射至与光栅13平行放置的中心反射镜14上，并被其反射回光栅13再次发生衍射，产生二次衍射光(+n，+n)，所述二次衍射光(+n，+n)沿起始入射方向经过正n级测量光路第一1/4波片10回到正n级测量光路偏振分光镜9；而由正n级测量光路偏振分光镜9分出的透射p光经过正n级测量光路第二1/4波片11后由正n级测量光路反射镜12反射，又经正n级测量光路第二1/4波片11回到正n级测量光路偏振分光镜9；所述回到正n级测量光路偏振分光镜9的两束光在此处叠加合成一束光，进入正n级测量光路光电转换系统16。
经过负n级测量光路第一1/4波片6入射到光栅13的光束与经过正n级测量光路第一1/4波片10入射到光栅13的光束两者的入射方向关于光栅13的法线对称；当光栅13在x向和z向移动时，分别由负n级测量光路光电转换系统15和正n级测量光路光电转换系统16检测到的两路信号中包含不同的x向位移和z向位移信息，结合参考光路光电转换系统4检测到的参考光信息，可解得光栅13的x向和z向位移值。
请参考图2，图2为本发明使用第一种分光系统的测量装置实施例示意图。如图2所示，分光系统3由参考分光镜31和测量分光镜32组成；所述经1/4波片2后包含两个相互垂直线偏振光的光束经过参考分光镜31后分出一束反射光和一束透射光，该反射光进入参考光路光电转换系统4；透射光进入测量分光镜32后被分成一束反射光和一束透射光,此反射光进入负n级测量光路偏振分光镜5，透射光进入正n级测量光路偏振分光镜9。
请参考图3，图3为本发明使用第二种分光系统的测量装置实施例示意图。如图3所示，分光系统3由参考光路输出光纤33、负n级测量光路输出光纤34和正n级测量光路输出光纤35组成；所述参考光路输出光纤33通过参考光路输出光纤接口33a将参考光信号输入到参考光路光电转换系统4，负n级测量光路输出光纤34通过负n级测量光路输出光纤接口34a将负n级测量光输入到负n级测量光路偏振分光镜5，正n级测量光路输出光纤35通过正n级测量光路输出光纤接口35a将正n级测量光输入到正n级测量光路偏振分光镜9。
请参考图4，图4为本发明使用第三种分光系统的测量装置实施例示意图。如图4所示，分光系统3由参考双频激光发生器分光部件36、测量双频激光发生器分光部件37组成；所述参考双频激光发生器分光部件36包括参考双频激光发生器分光部件线偏振器36a、参考双频激光发生器分光部件光栅36b，所述测量双频激光发生器分光部件37包括测量双频激光发生器分光部件线偏振器37a、测量双频激光发生器分光部件光栅37b；所述经1/4波片2后包含两个相互垂直线偏振光的光束经过参考双频激光发生器分光部件36后分成两束光，一束进入参考光路光电转换系统4；另一束进入测量双频激光发生器分光部件37，被分为两束光，分别进入负n级测量光路偏振分光镜5和正n级测量光路偏振分光镜9。
请参考图5，图5为本发明利用光路检偏器和光电检测器组成光电转换系统的测量装置实施示意图。参考光路光电转换系统4由参考光路检偏器41和参考光路光电检测器42组成，负n级测量光路光电转换系统15由负n级测量光路检偏器151和负n级测量光路光电检测器152组成，正n级测量光路光电转换系统16由正n级测量光路检偏器161和正n级测量光路光电检测器162组成。
请参考图6，图6为本发明以直角棱镜替代中心反射镜为例的测量装置实施例示意图。中心反射镜14由直角棱镜141替代。
实施例：
以n=2为例，实施本发明所述装置及方法。
参考图1，演示所述对称式光栅外差干涉二次衍射测量的整个测量过程。所述测量装置包括激光器1、1/4波片2、分光系统3、参考光路光电转换系统4、负2级测量光路偏振分光镜5、负2级测量光路第一1/4波片6、负2级测量光路第二1/4波片7、负2级测量光路反射镜8、正2级测量光路偏振分光镜9、正2级测量光路第一1/4波片10、正2级测量光路第二1/4波片11、正2级测量光路反射镜12、光栅13、中心反射镜14、负2级测量光路光电转换系统15和正2级测量光路光电转换系统16。
激光器1出射一束光束，该光束含有两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光，经过1/4波片2之后，所述两个圆偏振光变为两个相互垂直的线偏振光；接着，所述包含两个相互垂直线偏振光的光束经过分光系统3后分成参考光、负2级测量光和正2级测量光三路光，每路光均包含两个相互垂直的线偏振光；参考光进入参考光路光电转换系统4，另两路分别进入负2级测量光路偏振分光镜5和正2级测量光路偏振分光镜9。
负2级测量光路偏振分光镜5将负2级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过负2级测量光路第一1/4波片6后在中心反射镜14左侧以与光栅法线夹角为θ的方向入射到光栅13上发生衍射，产生衍射角为0°衍射级次为-2的一次衍射光，所述衍射级次为-2的一次衍射光入射至与光栅13平行放置的中心反射镜14上，并被其反射回光栅13再次发生衍射，产生二次衍射光(-2，-2)，所述二次衍射光(-2，-2)沿起始入射方向经过负2级测量光路第一1/4波片6回到负2级测量光路偏振分光镜5；而由负2级测量光路偏振分光镜5分出的透射p光经过负2级测量光路第二1/4波片7后由负2级测量光路反射镜8反射，又经负2级测量光路第二1/4波片7回到负2级测量光路偏振分光镜5；所述回到负2级测量光路偏振分光镜5的两束光在此处叠加合成一束光，进入负2级测量光路光电转换系统15。
正2级测量光路偏振分光镜9将正2级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过正2级测量光路第一1/4波片10后在中心反射镜14右侧以与光栅法线夹角为θ的方向入射到光栅13上发生衍射，产生衍射角为0°衍射级次为+2的一次衍射光，所述衍射级次为+2的一次衍射光入射至与光栅13平行放置的中心反射镜14上，并被其反射回光栅13再次发生衍射，产生二次衍射光(+n，+n)，所述二次衍射光(+n，+n)沿起始入射方向经过正n级测量光路第一1/4波片10回到正n级测量光路偏振分光镜9；而由正n级测量光路偏振分光镜9分出的透射p光经过正n级测量光路第二1/4波片11后由正n级测量光路反射镜12反射，又经正n级测量光路第二1/4波片11回到正n级测量光路偏振分光镜9；所述回到正n级测量光路偏振分光镜9的两束光在此处叠加合成一束光，进入正n级测量光路光电转换系统16。
经过负n级测量光路第一1/4波片6入射到光栅13的光束与经过正n级测量光路第一1/4波片10入射到光栅13的光束两者的入射方向关于光栅13的法线对称；当光栅13在x向和z向移动时，分别由负n级测量光路光电转换系统15和正n级测量光路光电转换系统16检测到的两路信号中包含不同的x向位移和z向位移信息，结合参考光路光电转换系统4检测到的参考光信息，可解得光栅13的x向和z向位移值。
上述的对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置及方法不仅能够实现亚纳米甚至更高分辨率及精度，具有受外界环境影响小、重复测量精度较高等优点；可测量水平向大行程位移，同时，由于使用了二次衍射测量原理，因此可测量较大行程的垂向位移；此外，由于可通过调整入射角实现不同衍射级次，因此可实现较高的测量分辨率。
Claims (6)
1.一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置，包括激光器(1)、1/4波片(2)、分光系统(3)、参考光路光电转换系统(4)、负n级测量光路偏振分光镜(5)、负n级测量光路第一1/4波片(6)、负n级测量光路第二1/4波片(7)、负n级测量光路反射镜(8)、正n级测量光路偏振分光镜(9)、正n级测量光路第一1/4波片(10)、正n级测量光路第二1/4波片(11)、正n级测量光路反射镜(12)、光栅(13)、中心反射镜(14)、负n级测量光路光电转换系统(15)和正n级测量光路光电转换系统(16)，其中n为正整数；激光器(1)出射一束光束，该光束含有不同频率的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，经过1/4波片(2)之后，所述左旋圆偏振光和右旋圆偏振光分别变为线偏振光，且两个线偏振光相互垂直，然后包含两个相互垂直线偏振光的光束经过分光系统(3)后分成参考光、负n级测量光和正n级测量光三路光，每路光均包含两个相互垂直的线偏振光；参考光进入参考光路光电转换系统(4)，另两路分别进入负n级测量光路偏振分光镜(5)和正n级测量光路偏振分光镜(9)；
负n级测量光路偏振分光镜(5)将负n级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过负n级测量光路第一1/4波片(6)后在中心反射镜(14)左侧以与光栅法线夹角为θ的方向入射到光栅(13)上发生衍射，产生衍射角为0°衍射级次为-n的一次衍射光，所述衍射级次为-n的一次衍射光入射至与光栅(13)平行放置的中心反射镜(14)上，并被其反射回光栅(13)再次发生衍射，产生二次衍射光(-n，-n)，所述二次衍射光(-n，-n)沿起始入射方向经过负n级测量光路第一1/4波片(6)回到负n级测量光路偏振分光镜(5)；而由负n级测量光路偏振分光镜(5)分出的透射p光经过负n级测量光路第二1/4波片(7)后由负n级测量光路反射镜(8)反射，又经负n级测量光路第二1/4波片(7)回到负n级测量光路偏振分光镜(5)；所述回到负n级测量光路偏振分光镜(5)的两束光在此处叠加合成一束光，进入负n级测量光路光电转换系统(15)；
正n级测量光路偏振分光镜(9)将正n级测量光分成频率不同的一束反射s光和一束透射p光；此反射s光先经过正n级测量光路第一1/4波片(10)后在中心反射镜(14)右侧以与光栅法线夹角为θ的方向入射到光栅(13)上发生衍射，产生衍射角为0°衍射级次为+n的一次衍射光，所述衍射级次为+n的一次衍射光入射至与光栅(13)平行放置的中心反射镜(14)上，并被其反射回光栅(13)再次发生衍射，产生二次衍射光(+n，+n)，所述二次衍射光(+n，+n)沿起始入射方向经过正n级测量光路第一1/4波片(10)回到正n级测量光路偏振分光镜(9)；而由正n级测量光路偏振分光镜(9)分出的透射p光经过正n级测量光路第二1/4波片(11)后由正n级测量光路反射镜(12)反射，又经正n级测量光路第二1/4波片(11)回到正n级测量光路偏振分光镜(9)；所述回到正n级测量光路偏振分光镜(9)的两束光在此处叠加合成一束光，进入正n级测量光路光电转换系统(16)；
经过负n级测量光路第一1/4波片(6)入射到光栅(13)的光束与经过正n级测量光路第一1/4波片(10)入射到光栅(13)的光束两者的入射方向关于光栅(13)的法线对称；当光栅(13)在x向和z向移动时，分别由负n级测量光路光电转换系统(15)和正n级测量光路光电转换系统(16)检测到的两路信号中包含不同的x向位移和z向位移信息，结合参考光路光电转换系统(4)检测到的参考光信息，可解得光栅(13)的x向和z向位移值。
2.根据权利要求1所述的一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置，其特征在于：分光系统(3)由参考分光镜(31)和测量分光镜(32)组成；经1/4波片(2)后，所述包含两个相互垂直线偏振光的光束经过参考分光镜(31)后分出一束反射光和一束透射光，该反射光进入参考光路光电转换系统(4)；透射光进入测量分光镜(32)后被分成一束反射光和一束透射光,此反射光进入负n级测量光路偏振分光镜(5)，透射光进入正n级测量光路偏振分光镜(9)。
3.根据权利要求1所述的一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置，其特征在于：分光系统(3)由参考光路输出光纤(33)、负n级测量光路输出光纤(34)和正n级测量光路输出光纤(35)组成；所述参考光路输出光纤(33)通过参考光路输出光纤接口(33a)将参考光信号输入到参考光路光电转换系统(4)，负n级测量光路输出光纤(34)通过负n级测量光路输出光纤接口(34a)将负n级测量光输入到负n级测量光路偏振分光镜(5)，正n级测量光路输出光纤(35)通过正n级测量光路输出光纤接口(35a)将正n级测量光输入到正n级测量光路偏振分光镜(9)。
4.根据权利要求1所述的一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置，其特征在于：分光系统(3)由参考双频激光发生器分光部件(36)、测量双频激光发生器分光部件(37)组成；所述参考双频激光发生器分光部件(36)包括参考双频激光发生器分光部件线偏振器(36a)、参考双频激光发生器分光部件光栅(36b)，所述测量双频激光发生器分光部件(37)包括测量双频激光发生器分光部件线偏振器(37a)、测量双频激光发生器分光部件光栅(37b)；经1/4波片(2)后，所述包含两个相互垂直线偏振光的光束经过参考双频激光发生器分光部件(36)后分成两束光，一束进入参考光路光电转换系统(4)；另一束进入测量双频激光发生器分光部件(37)，被分为两束光，分别进入负n级测量光路偏振分光镜(5)和正n级测量光路偏振分光镜(9)。
5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置，其特征在于：参考光路光电转换系统(4)由参考光路检偏器(41)和参考光路光电检测器(42)组成，负n级测量光路光电转换系统(15)由负n级测量光路检偏器(151)和负n级测量光路光电检测器(152)组成，正n级测量光路光电转换系统(16)由正n级测量光路检偏器(161)和正n级测量光路光电检测器(162)组成。
6.根据权利要求1～4任一权利要求所述的一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置，其特征在于：中心反射镜(14)采用直角棱镜(141)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310596451.1A CN103673892B (zh) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | 一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310596451.1A CN103673892B (zh) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | 一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103673892A CN103673892A (zh) | 2014-03-26 |
| CN103673892B true CN103673892B (zh) | 2016-03-30 |
Family
ID=50312175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310596451.1A Active CN103673892B (zh) | 2013-11-21 | 2013-11-21 | 一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103673892B (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104613865B (zh) * | 2015-02-15 | 2017-03-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 高细分高密度光栅干涉仪 |
| CN104634254A (zh) * | 2015-03-06 | 2015-05-20 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种基于外差干涉和二次衍射效应的光栅位移测量系统 |
| CN104729402B (zh) * | 2015-03-23 | 2017-05-03 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 基于平面镜的高光学细分光栅干涉仪 |
| CN106289068B (zh) * | 2016-07-22 | 2018-10-30 | 清华大学 | 一种二自由度外差光栅干涉仪位移测量方法 |
| CN107588728B (zh) * | 2017-08-24 | 2019-10-29 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 用于扫描干涉场曝光系统的精密光栅位移测量系统及方法 |
| CN108020163B (zh) * | 2017-12-26 | 2020-01-31 | 中国科学技术大学 | 一种显微追踪微粒三维位移的装置 |
| CN108444396B (zh) * | 2018-05-18 | 2024-02-06 | 北方民族大学 | 光路一致式位移传感器及其测量方法 |
| CN109238132B (zh) * | 2018-09-12 | 2020-03-27 | 北京工业大学 | 基于外差干涉的双基圆盘式渐开线样板测量光学系统仿真方法 |
| CN109579694B (zh) * | 2018-12-26 | 2021-03-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种高容差的二自由度外差光栅干涉测量方法及系统 |
| CN109916313B (zh) * | 2019-04-29 | 2021-01-19 | 西安交通大学 | 一种基于二次衍射光干涉的光栅位移传感器 |
| CN110174054B (zh) * | 2019-06-04 | 2020-12-11 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种高稳定性四光程激光干涉测量系统 |
| CN112229332B (zh) * | 2020-09-25 | 2021-11-05 | 清华大学 | 基于二次衍射的外差光栅干涉测量系统 |
| CN115753021B (zh) * | 2022-11-18 | 2024-05-31 | 同济大学 | 一种基于自溯源光栅零差干涉法的光栅周期标定系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5076693A (en) * | 1989-07-05 | 1991-12-31 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Optical contour measuring apparatus |
| EP1491961A1 (en) * | 2003-06-27 | 2004-12-29 | ASML Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
| CN101586941A (zh) * | 2009-05-12 | 2009-11-25 | 上海微电子装备有限公司 | 一种低非线性误差与低温漂双频激光干涉装置及方法 |
| CN102003939A (zh) * | 2010-10-27 | 2011-04-06 | 西安交通大学 | 基于双频激光干涉的二维测量装置 |
| CN102445152A (zh) * | 2011-09-16 | 2012-05-09 | 浙江师范大学 | 纳米位移测量传感器 |
| CN102944176A (zh) * | 2012-11-09 | 2013-02-27 | 清华大学 | 一种外差光栅干涉仪位移测量系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070102729A1 (en) * | 2005-11-04 | 2007-05-10 | Enicks Darwin G | Method and system for providing a heterojunction bipolar transistor having SiGe extensions |
-
2013
- 2013-11-21 CN CN201310596451.1A patent/CN103673892B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5076693A (en) * | 1989-07-05 | 1991-12-31 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Optical contour measuring apparatus |
| EP1491961A1 (en) * | 2003-06-27 | 2004-12-29 | ASML Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
| CN101586941A (zh) * | 2009-05-12 | 2009-11-25 | 上海微电子装备有限公司 | 一种低非线性误差与低温漂双频激光干涉装置及方法 |
| CN102003939A (zh) * | 2010-10-27 | 2011-04-06 | 西安交通大学 | 基于双频激光干涉的二维测量装置 |
| CN102445152A (zh) * | 2011-09-16 | 2012-05-09 | 浙江师范大学 | 纳米位移测量传感器 |
| CN102944176A (zh) * | 2012-11-09 | 2013-02-27 | 清华大学 | 一种外差光栅干涉仪位移测量系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103673892A (zh) | 2014-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103673892B (zh) | 一种对称式光栅外差干涉二次衍射测量装置 | |
| CN103673891B (zh) | 一种光栅外差干涉自准直测量装置 | |
| CN102937411B (zh) | 一种双频光栅干涉仪位移测量系统 | |
| CN103307986B (zh) | 一种二自由度外差光栅干涉仪位移测量系统 | |
| CN102944176B (zh) | 一种外差光栅干涉仪位移测量系统 | |
| CN103604375B (zh) | 抗光学混叠的双频激光光栅干涉二维测量方法及系统 | |
| CN106289068B (zh) | 一种二自由度外差光栅干涉仪位移测量方法 | |
| CN103322927B (zh) | 一种三自由度外差光栅干涉仪位移测量系统 | |
| CN101339012B (zh) | 一种基于光栅的滚转角测量方法与装置 | |
| CN103604376B (zh) | 抗光学混叠的双频激光光栅干涉三维测量方法及系统 | |
| CN103075969B (zh) | 差动式激光干涉纳米位移测量方法及装置 | |
| CN103644849B (zh) | 一种可测竖直位移的三维光栅位移测量系统 | |
| CN103759656B (zh) | 一种二自由度外差光栅干涉仪位移测量系统 | |
| CN101846506B (zh) | 基于共路平行光线的滚转角测量方法 | |
| CN109238148A (zh) | 一种五自由度外差光栅干涉测量系统 | |
| CN106017308B (zh) | 一种六自由度干涉测量系统及方法 | |
| CN106813578B (zh) | 一种二维光栅测量系统 | |
| CN105004273A (zh) | 一种激光干涉位移测量系统 | |
| CN102679882A (zh) | 一种相位调制光栅传感器及实现测量的方法 | |
| CN103759654A (zh) | 一种二自由度零差光栅干涉仪位移测量系统 | |
| CN103644848A (zh) | 一种使用双频激光的三维光栅位移测量系统 | |
| CN103759655B (zh) | 基于光学倍程法的二自由度零差光栅干涉仪位移测量系统 | |
| CN105806215A (zh) | 基于双闪耀光栅外差干涉的滚转角测量装置及方法 | |
| CN103759657B (zh) | 基于光学倍程法的二自由度外差光栅干涉仪位移测量系统 | |
| CN105674917A (zh) | 组合式反射镜光栅外差干涉的滚转角测量装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100084 Beijing, Haidian District, 100084 box office box office, Tsinghua University, Applicant after: Tsinghua University Applicant after: U-PRECISION TECH CO., LTD. Address before: 100084 Beijing, Haidian District, 100084 box office box office, Tsinghua University, Applicant before: Tsinghua University Applicant before: U-Precision Tech Co., Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |