CN1991297B - 准共光程外差干涉位移测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准共光程外差干涉位移测量系统，包含：一外差光源，分为一参考光与一信号光；一光栅，使该信号光入射该光栅而产生一绕射光；一偏极分光镜，使该绕射光分为一第一绕射光与一第二绕射光；一个以上偏振板，使该参考光穿过该些偏振板而产生一参考干涉光，且该第一绕射光穿过该些偏振板而产生一第一干涉光，而该第二绕射光穿过该些偏振板而产生一第二干涉光；一信号处理装置，量得该参考干涉光、该第一干涉光与该第二干涉光的相位差而可得该光栅的位移量。本发明具有外差干涉相位测量的高灵敏度，且具有光学架构不受外在环境扰动的高稳定性，以直接测量因位移所造成的相位变化量以达到高测量精度。

Description

准共光程外差干涉位移测量系统

技术领域

本发明涉及一种位移测量系统，特别是涉及应用外差干涉术用以测量位移，并且为准共光程架构的一种外差干涉位移测量系统。

背景技术

对于应用光栅的光学位移测量系统而言，其是利用高同调性的光源入射绕射光栅(diffraction grating)后产生至少两束绕射光，将此两束绕射光经由光学组件而互相干涉，而此干涉信号具有周期性的变化趋势，当光栅移动时，此干涉信号亦发生变化，相关技术如美国专利公告号第3891321号专利，由于当时的光栅制造技术，仅可测量一维的位移量。

随着技术的演进，使得多维度的测量渐渐被发展，如美国专利公告号第5204524号专利、第5493397号专利、第36631005号专利与第6744520号专利，皆是利用测量绕射光强度为主，并为零差(homodyne)的测量装置。

我们知道外差干涉术(heterodyne interferometry)是将两个些微频差的光波分别引入两个干涉路径中，使得干涉仪输出的光强度产生周期性变化，振荡频率等于两光波的频率差，而待测干涉相位是载在此具有特定频率的信号上，将测量信号与参考信号混频，经解调(demodulate)后，可得出干涉相位，由于振荡频率高又为已知值，所以能避开低频噪声干扰，并且相位灵敏度与分辨率都很高，是一种非常重要的微弱信号测量技术。

因为外差干涉术的测量特色，所以此技术又称双频干涉术(twofrequency interferometry)或交流干涉术(AC interferometry)，可用作位移、表面轮廓、动态参数等测量。

然而传统外差干涉术其外在环境的两个光束容易被影响，而彼此之间产生相位差，此相位差无法消除，如此会增加测量的不确定性。

另外，利用单一偏振光的位移测量系统必须将光强度转换为相位来解析，于信号处理的部份搭配着电子细分割手法，并且需抑制周围环境光来进行测量，虽测量精度可达次纳米等级，但是如此在测量架构上变得较繁复且增加测量的不便与不准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种准共光程外差干涉位移测量系统，解决现有技术相位差无法消除，测量具有不便与不准确性的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，包含：

一外差光源，分为一参考光与一信号光；

一光栅，使该信号光入射该光栅而产生一绕射光；

一偏极分光镜，使该绕射光分为一第一绕射光与一第二绕射光；

一个以上偏振板，使该参考光穿过该些偏振板而产生一参考干涉光，且该第一绕射光穿过该些偏振板而产生一第一干涉光，而该第二绕射光穿过该些偏振板而产生一第二干涉光；及

一信号处理装置，接受该参考干涉光、该第一干涉光与该第二干涉光，当该光栅移动时，该信号处理装置量得该参考干涉光、该第一干涉光与该第二干涉光的相位差而可得该光栅的位移量。

上述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，还包含一分光镜，置于该外差光源前，使该外差光源产生的光经由该分光镜而分为该信号光与该参考光。

上述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，该绕射光包含：

一正一阶绕射光，入射该偏极分光镜一侧；及

一负一阶绕射光，入射该偏极分光镜另一侧，以使该正一阶绕射光与负一阶绕射光入射该偏极分光镜相互垂直的两侧并相互重合后，而再分为该第一绕射光与该第二绕射光。

上述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，该信号处理装置还包含一参考光传感器、一第一传感器与一第二传感器，该参考光传感器接受该参考光而传输信号至该信号处理装置，且该第一传感器接受该第一干涉光并传输信号至该信号处理装置，而该第二传感器接该第二干涉光并传输信号至该信号处理装置，以使该信号处理装置以量得该参考光、该第一干涉光与该第二干涉光的相位差而可得该光栅的位移量。

上述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，该光栅为反射式光栅。

上述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，还包含一反射组件，使该些绕射光转向而入射该偏极分光镜。

为了更好的实现本发明的目的，本发明又提供了一种准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，包含：

一外差光源，分为一参考光与一信号光；

一二维光栅，使该信号光入射该二维光栅而沿二维方向产生一个以上的绕射光；

一个以上偏极分光镜，使该绕射光分为一第一绕射光、一第二绕射光、一第三绕射光与一第四绕射光；

一个以上偏振板，使第一绕射光、一第二绕射光、一第三绕射光与一第四绕射光各穿过该些偏振板而产生一第一干涉光、一第二干涉光、一第三干涉光与一第四干涉光；及

一信号处理装置，接受该参考光、该第一干涉光与该第二干涉光、该第三干涉光与该第四干涉光，当该光栅移动时，该信号处理装置量得该参考光、该第一干涉光与该第二干涉光、该第三干涉光与该第四干涉光的相位差而可得该光栅的二维位移量。

上述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，还包含一分光镜，置于该外差光源前，使该外差光源产生的光经由该分光镜而分为该信号光与该参考光。

上述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，

该些偏极分光镜包含：一第一偏极分光镜；以及一第二偏极分光镜；

该些绕射光包含：一第一正一阶绕射光，入射该第一偏极分光镜一侧；一第一负一阶绕射光，入射该第一偏极分光镜另一侧，以使该第一正一阶绕射光与该第一负一阶绕射光以相互垂直的角度而入射该第一偏极分光镜的两侧，并相互重合后，而再分为该第一绕射光与该第二绕射光；一第二正一阶绕射光，入射该第二偏极分光镜一侧；以及一第二负一阶绕射光，入射该第二偏极分光镜另一侧，以使该第二正一阶绕射光与该第二负一阶绕射光以相互垂直的角度而入射该第二偏极分光镜的两侧，并相互重合后，而再分为该第三绕射光与该第四绕射光.

上述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，该信号处理装置还包含一参考光传感器、一第一传感器、一第二传感器、一第三传感器与一第四传感器，该参考光传感器接受该参考光而传输信号至该信号处理装置，且该第一传感器接受该第一干涉光并传输信号至该信号处理装置，而该第二传感器接该第二干涉光并传输信号至该信号处理装置，且该第三传感器接受该第三干涉光并传输信号至该信号处理装置，而该第四传感器接该第四干涉光并传输信号至该信号处理装置，以使该信号处理装置以量得该参考光、该第一干涉光与该第二干涉光的相位差而可得该光栅的一个维度的位移量，且该信号处理装置利用以量得的该参考光再量得该第三干涉光与该第四干涉光的相位差而可得该光栅的另一个维度的位移量。

上述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，该二维光栅为反射式二维光栅。

上述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特点在于，还包含一反射组件，使该些绕射光转向而入射该偏极分光镜。

本发明的技术效果在于：

本发明提供的准共光程外差干涉位移测量系统，利用外差干涉相位测量的高灵敏度，且经特殊设计使得光学架构可达到不受外在环境扰动的高稳定性。直接测量因位移所造成的相位变化量的方式，可以使测量精度达到次纳米等级。所以，是利用准共光程(quasi common path)外差光学架构的本发明，可以降低外界环境扰动的影响，且提高位移测量灵敏度。若搭配越细线距的光栅，可测量至皮米(pico-meter)等级的微小位移量。

下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。

附图说明

图1是本发明的系统架构图；

图2是本发明的另一实施例系统架构图；

图3是本发明的位移与相位差关系的数值仿真图；

图4是本发明的相位误差量与相对位移误差量的数值仿真图；

图5是本发明的相位与位移量的实际测量数据图；

图6与图7是本发明的实际测量数据示意图。

其中，附图标记说明如下：

100外差光源

110参考光

130信号光

150绕射光

151正一阶绕射光

152负一阶绕射光

153第一正一阶绕射光

154第一负一阶绕射光

155第二正一阶绕射光

156第二负一阶绕射光

160第一绕射光

161第二绕射光

163第三绕射光

165第四绕射光

170参考干涉光

171第一干涉光

173第二干涉光

175第三干涉光

177第四干涉光

300分光镜

310第一偏振板

311第二偏振板

313第三偏振板

315第四偏振板

317参考光偏振板

330、330a、330b、330c、330d、330e反射组件

350偏极分光镜

370第一偏极分光镜

390第二偏极分光镜

410光栅

430二维光栅

450移动平台

700信号处理装置

710参考光传感器

730第一传感器

750第二传感器

770第三传感器

790第四传感器

具体实施方式

请参阅图1，所示为本发明的系统架构图，本发明为一种准共光程外差干涉位移测量系统，利用一外差光源100为测量光源，此外差光源(heterodyne light source)100可输出包含两个不同频率的光波，而且此两个光波为相互正交的线偏振光，所以此两光波并不会产生干涉，当此外差光源100入射一分光镜(beam splitter)300后，便分为参考光110与信号光130，此参考光110直接入射方位角为45度的参考光偏振板(polarizer)317，使得外差光源100中的两正交线偏振光互相干涉而产生参考干涉光170，并经由信号处理装置700的参考光传感器710所接收，所以此参考干涉光170的数学形式可表示为： $I_{\mathrm{DR}}=\frac{1}{2}[1+\mathrm{COS}\left(\mathrm{\ωt}\right)].$

另外信号光130直接入射装设有光栅410的移动平台450中，使信号光130入射光栅410后，便产生若干绕射光150，若此光栅410为一维光栅410时，便会沿一维方向绕射出许多的光，我们称为绕射光150，除了中间零阶的绕射光以外，沿此零阶的绕射光两边所产生的绕射光我们称为正一阶绕射光151，另一侧的绕射光150称为负一阶绕射光152，依序再产生正二阶绕射光150与负二阶绕射光150，依此类推，而本实施例取用正一阶绕射光151与负一阶绕射光152，此正一阶绕射光151与负一阶绕射光152在经由反射组件330、330a的转向而共同入射一偏极分光镜350，使不同偏振态的光被偏极分光镜350所分开，并且我们将此正交的偏振态称为P偏振与S偏振，偏极分光镜300可使P偏振的光通过，而S偏振的光系被反射。先前提到外差光源100由两个正交的线偏振光所组成，所以此正一阶绕射光151与负一阶绕射光152亦包含此两正交的线偏振光，即P偏振与S偏振，当正一阶绕射光151与负一阶绕射光152由偏极分光镜350相互垂直的两侧入射时，便会使正一阶绕射光151的P偏振通过，而负一阶绕射光152的S偏振被反射而相互重合于一起而成为第一绕射光160，此第一绕射光160经过45度角的第一偏振板310而产生第一干涉光171，而由信号处理装置700的第一传感器730所接收，此时的第一干涉光171的数学表示为：

$I_{D1}=\frac{1}{8}[r_{P(+1)}^2+r_{S(-1)}^2+2r_{P(+1)}{r}_{S(-1)}\cos (\mathrm{\ωt}+2\mathrm{\φ}+{\mathrm{\φ}}_{d1}-{\mathrm{\φ}}_{d2})],$ 其中φ_d1与φ_d2为正一阶绕射光151与负一阶绕射光152所走的路径差(path difference)而产生的相位差，而φ为光栅410移动Δx时所产生的相位差。其中，

式中m代表绕射阶数，d代表光栅410的线距宽度。

另外，正一阶绕射光151的S偏振被偏极分光镜350所反射，而负一阶绕射光152的P偏振直接穿过偏极分光镜350而相互重合于一起而成为第二绕射光161，此第二绕射光161经过45度角的第二偏振板311而产生第二干涉光173，而由信号处理装置700的第二传感器750所接收，此时的第二干涉光173的数学表示为：

$I_{D2}=\frac{1}{8}[r_{P(-1)}^2+r_{S(+1)}^2+2r_{P(-1)}{r}_{S(+1)}\cos (\mathrm{\ωt}-2\mathrm{\φ}+{\mathrm{\φ}}_{d1}-{\mathrm{\φ}}_{d2})].$

因此，当信号处理装置700通过参考光传感器710、第一传感器730与第二传感器750而接收参考干涉光170、第一干涉光171与第二干涉光173可量得光栅410移动Δx时所产生的相位差4φ，再利用已知的条件，如绕射阶数m与光栅410的线距宽度d即可求出光栅410的位移Δx，并且根据上式，我们可知虽然正一阶绕射光151与负一阶绕射光152并不为相同光程相同路径，但是最后干涉信号的相位差并不受此影响，所以，其正一阶绕射光151与负一阶绕射光152虽未同路径传递，但是并不会影响，所以正一阶绕射光151与负一阶绕射光152可谓准共光程，因此，本发明的光学架构便可承受较高的环境变异的容忍度。

本实施例选用正一阶绕射光151与负一阶绕射光152，但是可根据不同的测量范围大小而选择不同阶的绕射光150，如二阶或三阶等。

上述的反射组件330、330a可为反射镜、直角棱镜等组件，以使正一阶绕射光151与负一阶绕射光152转向而朝向偏极分光镜350入射.

并且光栅410为反射式光栅(reflection grating)或是亦有人称闪耀光栅(blazed grating)，此光栅410可用金属薄膜或介电质薄膜所制成，将此薄膜镀于玻璃基板或硅基板，以形成具有周期性的线距，而目前半导体制程技术其最小宽度约90纳米，所以当光栅410的线距宽度越小时，其测量度精度越高。

请参阅图2，所示为本发明的另一实施例系统架构图，沿用上一实施例的光学架构，此光栅410为二维光栅(two-dimension grating)或称为交叉光栅(cross grating)，二维光栅430可使入射光入射后产生二维绕射光150，所以当外差光源100产生的光入射分光镜300后，成为信号光130与参考光110，此参考光110系直接入射方位角为45度的偏振板310，使得外差光源100中的两正交线偏振光互相干涉而产生参考干涉光170，并经由信号处理装置700的参考光传感器710所接收。

另外信号光130直接入射装设有二维光栅430的移动平台450中，使信号光130入射光栅410后，便沿着二维方向，即X-Y方向产生多个绕射光150，其中中间的绕射光为零阶绕射光，沿此零阶的绕射光沿X方向两边所产生的绕射光我们称为X方向的第一正一阶绕射光153，另一侧的绕射光称为X方向的第一负一阶绕射光154，而另一维度(即Y轴)的绕射光150系为Y方向的第二正一阶绕射光155，另一侧的绕射光150为Y方向的第二负一阶绕射光156，当然其它方向亦会有其它更高阶的绕射光150，但因本实施取用X方向与Y方向的正一阶绕射光与负一阶绕射光，所以以此为讨论，为说明简洁，对于X方向的第一正一阶绕射光153、X方向的第一负一阶绕射光154、Y方向的第二正一阶绕射光155与Y方向的第二负一阶绕射光156，直接称为第一正一阶绕射光153、第一负一阶绕射光154、第二正一阶绕射光155与第二负一阶绕射光156。

而第一正一阶绕射光153与第一负一阶绕射光154在经由反射组件330b、330c的转向而共同入射一第一偏极分光镜370，使不同偏振态的光被偏极分光镜350所分开，因外差光源100由两个正交的线偏振光所组成，所以此第一正一阶绕射光153与第一负一阶绕射光154亦包含此两正交的线偏振光，即P偏振与S偏振，当第一正一阶绕射光153与第一负一阶绕射光154由第一偏极分光镜370相互垂直的两侧入射时，便会使正一阶绕射光151的P偏振通过，而负一阶绕射光152的S偏振被反射而重合于一起而成为第一绕射光160，此第一绕射光160经过45度角的第一偏振板310而产生X方向的第一干涉光171，而由信号处理装置700的第一传感器730所接收。

另外，第一正一阶绕射光153的S偏振被第一偏极分光镜370所反射，而第一负一阶绕射光154的P偏振直接穿过偏极分光镜350而相互重合于一起而成为第二绕射光161，此第二绕射光161经过45度角的第二偏振板311而产生X方向的第二干涉光173，而由信号处理装置700的第二传感器750所接收。

对于第二正一阶绕射光155与第二负一阶绕射光156亦经由反射组件330d、330e而共同入射第二偏极分光镜390，并且为第二偏极分光镜390相互垂直的两侧入射，如此便使第二正一阶绕射光155的P偏振通过，而第二负一阶绕射光156的S偏振被反射而重合于一起而成为第三绕射光163，此第三绕射光163经过45度角的第三偏振板313而产生Y方向的第三干涉光175，而由信号处理装置700之第三传感器770所接收。

而对于第二正一阶绕射光155的S偏振被第二偏极分光镜390所反射，而第二负一阶绕射光156的P偏振直接穿过第二偏极分光镜390而相互重合于一起而成为第四绕射光165，此第四绕射光165经过45度角的第四偏振板315而产生Y方向的第四干涉光177，而由信号处理装置700之第四传感器790所接收.

因此，当信号处理装置700透过参考光传感器710、第一传感器730、第二传感器750、第三传感器770与第四传感器790而接收参考干涉光170、X方向的第一干涉光171、X方向的第二干涉光173、Y方向的第三干涉光175与Y方向的第四干涉光177可量得二维光栅430二维移动时所产生的相位差，便可经由此相位差而得出二维光栅430的二维移动。

其中二维光栅430为反射式二维光栅或是亦有人称闪耀二维光栅，此光栅410可用金属薄膜或介电质薄膜所制成，将此薄膜镀于玻璃基板或硅基板，以形成具有周期性的线距，而目前半导体制程技术其最小宽度约90纳米，所以当光栅410的线距宽度越小时，其测量度精度越高。

同样地，本实施例选用二维的X方向第一正一阶绕射光153、X方向第一负一阶绕射光154、Y方向第一正一阶绕射光155与Y方向第一负一阶绕射光156，但是可根据不同的测量范围大小而选择二维的不同阶的绕射光，如二阶或三阶等。

而上述的反射组件330b、330c可为反射镜或直角棱镜等组件，以使第一正一阶绕射光153与第一负一阶绕射光154转向而朝向第一偏极分光镜370相互垂直的两侧入射。另外反射组件330d、330e亦使第二正一阶绕射光155与第二负一阶绕射光156转向而朝向第二偏极分光镜390相互垂直的两侧入射。

因为本实施例沿用上一实施例光学架构，因为上一实施例针对一维的测量而设计，而本实施例表示出此光学架构尚可扩展为二维的测量，所以其基本原理与优点不再赘述。

以下就以一维测量光学架构而列出其测量数据，以资证明本发明的效能与可行性。

请参阅图3，所示为本发明的位移与相位差关系的数值仿真图，我们再回想先前所提到的相位差公式：

其中影响相位差的变量为绕射阶数m、光栅410的线距宽度d与光栅410移动Δx，若于使用相同的绕射阶数m与相同的光栅410移动Δx条件下，光栅410的线距宽度d可直接影响测量相位差的灵敏度，若光栅410的线距宽度d越小的话，代表对位移越灵敏，所以由图3中可看到，若光栅410的线距宽度d为13000纳米(nm)时，其测量灵敏度约为0.222°/nm，而光栅410的线距宽度d为1000纳米时，其测量灵敏度约为2.88°/nm，若光栅410的线距宽度d为600纳米时，其测量灵敏度约为4.8°/nm。反之，若以可解析的最小相位量为0.01°为评比标准时，光栅410的线距宽度d为13000纳米时，可量得的最小位移量为4.5×10-2纳米，光栅410的线距宽度d为600纳米时，可量得的最小位移量为2.1×10-3纳米。因此，光栅410的线距宽度d影响测量精度甚巨，若欲量得较高精度的测量值时，便采用小线距宽度的光栅410。

请参阅图4，所示为本发明的相位误差量与相对位移误差量的数值仿真图，当光学系统产生相位测量误差时，如偏振混合误差、二次谐波误差或相位计算误差等，对位移的测量亦有一定程度的影响，由图4中可看出，当相位误差量由0°变化至0.1°时，光栅410的线距宽度为600纳米时其位移误差量为0.021纳米，而光栅410的线距宽度为1000纳米时其位移误差量为0.035，而纳米光栅410的线距宽度为13000纳米时其位移误差量为0.451纳米，所以在光栅410的线距宽度为1000纳米以下且相位误差在0.1°时，可确保系统的最小测量误差，即可测量系统具有次纳米等级的位移分辨率.

请参阅图5，所示为本发明的相位与位移量的数值仿真图，此图表示在未使用相位延展技术(phase unwrapping)下可量得的最大测量距离，由图5中可见得光栅410的线距宽度为13000纳米时，可量得的最大位移量为3250纳米，而光栅410的线距宽度为1000纳米与600纳米时，可量得的最大位移量分别为250纳米与150纳米，由此可知，本系统的一个测量周期约四分之一光栅410的线距宽度。

请参阅图6与图7，所示为本发明的实际测量数据图，此测量值使用光栅410的线距宽度为40000纳米的光栅410，而图6测量位移量结果，系统测量的初始值由111.98纳米开始测量，最终的测量值为587.678纳米，所以实际量得的位移值为475.698纳米，为确保实验的准确性，我们利用业界使用已久的位移测量仪器：惠普(HP)公司所生产的HP5528A干涉仪，以下简称为HP5528A，我们亦利用HP5528A来同步测量，所量得之值为495纳米，测量结果接近，另外在图中5个圆圈处的最小位移量值依坐标轴相位量的增加方向分别为0.4纳米、3纳米、4纳米、10纳米及4纳米，相较于HP5528A仅能测出大于10纳米的变化量，所以我们的测量精度比HP5528A再高一个等级(order)。

而图7表示利用光栅410的线距宽度为40000纳米，且测量位移为18000纳米的图标，共分三次测量，因为18000纳米已超过一个位移周期，因每一个位移周期所对应的相位为360度，所以当相位超过360度时，便会重新由0度开始，因此曲线有段差，而此图撷取部分的测量结果，因测量三次，所以会有三个数据，其最后的测量结果如下表：

	本发明测量结果	HP5528A测量结果
			实验1	17.754	17.8
实验2	18.462	18.5
			实验3	17.514	17.8

因此，本发明的准共光程外差干涉位移测量系统经由数值仿真与实际实验结果可得知其测量精度与可容许误差皆与光栅410的线距宽度有关，若能采用较小的线距宽度则可提高测量精度，而且本发明的光学架构亦具有较高的环境变动容忍性，因此测量误差小；并且本发明测量相位，所以位移对相位产生非连续变化，但配合相位延展技术，则可以测量大位移距离的移动。

所以本发明的准共光程外差干涉位移测量系统具有次纳米至皮米级的测量灵敏度，微米至纳米级的测量范围，并且可快速测量，光学架构简单与容易模块化的设计，此外，又不易受外在环境扰动的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明的专利范围所涵盖。

Claims (12)

1.一种准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，包含：

一外差光源，产生具有一参考光与一信号光的光，该参考光和信号光为两正交的线偏振光，该外差光源输出包含两个不同频率的光波；

一光栅，使该信号光入射该光栅而产生一正绕射光与一负绕射光，该正绕射光具有两正交的线偏振光，且该负绕射光具有两正交的线偏振光；

一偏极分光镜，使该正绕射光与该负绕射光中的两正交的线偏振光分开，且该正绕射光的P偏振光与该负绕射光的S偏振光重合成一第一绕射光，而该正绕射光的S偏振光与该负绕射光的P偏振光重合成一第二绕射光；

一个以上偏振板，使该参考光穿过该些偏振板而产生一参考干涉光，且该第一绕射光穿过该些偏振板而产生一第一干涉光，而该第二绕射光穿过该些偏振板而产生一第二干涉光；及

一信号处理装置，接受该参考干涉光、该第一干涉光与该第二干涉光，当该光栅移动时，该信号处理装置量得该参考干涉光、该第一干涉光与该第二干涉光的相位差而可得该光栅的位移量。

2.根据权利要求1所述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，还包含一分光镜，置于该外差光源前，使该外差光源产生的该光经由该分光镜而分为该信号光与该参考光。

3.根据权利要求1所述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，该正绕射光包含一正一阶绕射光，入射该偏极分光镜一侧；及该负绕射光包含一负一阶绕射光，入射该偏极分光镜另一侧；其中，该正一阶绕射光与该负一阶绕射光入射该偏极分光镜相互垂直的两侧并相互重合后，而再分为该第一绕射光与该第二绕射光。

4.根据权利要求1所述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，该信号处理装置还包含一参考光传感器、一第一传感器与一第二传感器，该参考光传感器接受该参考光而传输信号至该信号处理装置，且该第一传感器接受该第一干涉光并传输信号至该信号处理装置，而该第二传感器接该第二干涉光并传输信号至该信号处理装置，以使该信号处理装置以量得该参考光、该第一干涉光与该第二干涉光的相位差而可得该光栅的位移量。

5.根据权利要求1所述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，该光栅为反射式光栅。

6.根据权利要求1所述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，还包含一反射组件，使该些绕射光转向而入射该偏极分光镜。

7.一种准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，包含：

一外差光源，分为一参考光与一信号光；

一二维光栅，使该信号光入射该二维光栅而沿二维方向产生一个以上的绕射光；

一个以上偏极分光镜，使该绕射光分为一第一绕射光、一第二绕射光、一第三绕射光与一第四绕射光；

一个以上偏振板，使第一绕射光、一第二绕射光、一第三绕射光与一第四绕射光各穿过该些偏振板而产生一第一干涉光、一第二干涉光、一第三干涉光与一第四干涉光；及

一信号处理装置，接受该参考光、该第一干涉光与该第二干涉光、该第三干涉光与该第四干涉光，当该光栅移动时，该信号处理装置量得该参考光、该第一干涉光与该第二干涉光、该第三干涉光与该第四干涉光的相位差而得该光栅的二维位移量.

8.根据权利要求7所述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，还包含一分光镜，置于该外差光源前，使该外差光源产生的光经由该分光镜而分为该信号光与该参考光。

9.根据权利要求7所述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，

该些偏极分光镜包含：一第一偏极分光镜；以及一第二偏极分光镜；

该些绕射光包含：

一第一正一阶绕射光，入射该第一偏极分光镜一侧；

一第一负一阶绕射光，入射该第一偏极分光镜另一侧，以使该第一正一阶绕射光与该第一负一阶绕射光以相互垂直的角度而入射该第一偏极分光镜的两侧，并相互重合后，而再分为该第一绕射光与该第二绕射光；

一第二正一阶绕射光，入射该第二偏极分光镜一侧；以及

一第二负一阶绕射光，入射该第二偏极分光镜另一侧，以使该第二正一阶绕射光与该第二负一阶绕射光以相互垂直的角度而入射该第二偏极分光镜的两侧，并相互重合后，而再分为该第三绕射光与该第四绕射光。

10.根据权利要求7所述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，该信号处理装置还包含一参考光传感器、一第一传感器、一第二传感器、一第三传感器与一第四传感器，该参考光传感器接受该参考光而传输信号至该信号处理装置，且该第一传感器接受该第一干涉光并传输信号至该信号处理装置，而该第二传感器接该第二干涉光并传输信号至该信号处理装置，且该第三传感器接受该第三干涉光并传输信号至该信号处理装置，而该第四传感器接该第四干涉光并传输信号至该信号处理装置，以使该信号处理装置以量得该参考光、该第一干涉光与该第二干涉光的相位差而可得该光栅的一个维度的位移量，且该信号处理装置利用以量得的该参考光再量得该第三干涉光与该第四干涉光的相位差而可得该光栅的另一个维度的位移量。

11.根据权利要求7所述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，该二维光栅为反射式二维光栅。

12.根据权利要求7所述的准共光程外差干涉位移测量系统，其特征在于，还包含一反射组件，使该些绕射光转向而入射该偏极分光镜。

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