专利名称：差动式激光干涉纳米位移测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及纳米位移测量方法及装置，尤其是涉及一种差动式激光干涉纳米位移测量方法及装置。
背景技术：
超精密加工、微电子制造以及精密测试计量等技术领域都需要毫米级量程范围内达到纳米级测量精度的位移测量仪器。纵观国内外纳米位移测量方法，可以分为两大类:一类是非光学测量方法:扫描隧道显微镜、原子力显微镜和电容测微仪等；另一类是光学测量方法:迈克尔逊干涉仪、夕卜差干涉仪、X射线干涉仪等。以扫描隧道显微镜为代表的非光学测量方法的测量分辨率虽然可以达到亚纳米级，但是测量范围仅为微米量程，而且存在米溯源问题。X射线干涉仪也仅是微米级测量范围和纳米级测量分辨率。迈克尔逊干涉仪和外差干涉仪虽然可以实现大范围位移测量，但是迈克尔逊干涉仪中存在对干涉条纹细分的正弦误差、直流漂移误差和干涉信号非正交误差，而外差干涉仪中存在偏振光非正交、椭偏化等偏振态误差引起的一阶非线性误差，因此这两类干涉仪的测量精度和分辨率的进一步提高受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种差动式激光干涉的纳米位移测量方法及装置，采用单频干涉的原理，实现波长λ 2的干涉条纹整数计数，采用差动干涉原理，以波长λ i的干涉信号作为参考，将波长λ 2的干涉条纹小数部分的测量转化为对波长入1和λ 2的干涉信号相位差的测量，从而实现大范围和高精度的位移测量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一、一种差动式激光干涉纳米位移测量方法:( I)双频激光器输出波长为^和λ 2的正交线偏振光，射向由两个分光镜、两个偏振分光镜、一个参考角锥棱镜、压电陶瓷驱动器和一个测量角锥棱镜构成的差动式激光干涉仪，分别形成各自的干涉信号，由三个探测器接收，参考角锥棱镜固定在压电陶瓷驱动器上；(2)开始测量位移之前，通过压电陶瓷驱动器调制参考角锥棱镜在I μ m行程内往返运动，测出此时波长入1和λ 2干涉信号的相位差为Ap1压电陶瓷驱动器停止调制；(3)然后测量光路中的测量角锥棱镜移动一被测位移△ 1，由双向计数模块测得波长λ 2的整数干涉条纹变化数N，接着再次调制参考角锥棱镜在I μ m行程内往返运动，测得
此时波长入1和λ 2干涉信号的相位差为Δ@2，则波长λ 2的小数干涉条纹变化数ε为:
权利要求
1.一种差动式激光干涉纳米位移测量方法，其特征在于: (1)双频激光器输出波长为^和λ2的正交线偏振光，射向由两个分光镜、两个偏振分光镜、一个参考角锥棱镜、压电陶瓷驱动器和一个测量角锥棱镜构成的差动式激光干涉仪，分别形成各自的干涉信号，由三个探测器接收，参考角锥棱镜固定在压电陶瓷驱动器上； (2)开始测量位移之前，通过压电陶瓷驱动器调制参考角锥棱镜在Iμ m行程内往返运动，测出此时波长入1和λ2干涉信号的相位差为Δ约，压电陶瓷驱动器停止调制； (3)然后测量光路中的测量角锥棱镜移动一被测位移Al，由双向计数模块测得波长入2的整数干涉条纹变化数N，接着再次调制参考角锥棱镜在I μ m行程内往返运动，测得此时波长^和λ 2干涉信号的相位差为，则波长λ 2的小数干涉条纹变化数ε为:
2.根据权利要求1所述方法的一种差动式激光干涉纳米位移测量装置，其特征在于:包括双频激光器(I)，第一分光镜(2)，参考角锥棱镜(3),压电陶瓷驱动器(4),第一偏振分光镜(5)，测量角锥棱镜(6),第二偏振分光镜(7),第二分光镜(8),第一探测器(9),第二探测器(10)和第三探测器(11);双频激光器(I)输出波长为入1和λ 2的正交线偏振光射向由第一分光镜(2)、参考角锥棱镜(3)、压电陶瓷驱动器(4)、第一偏振分光镜(5)、第二角锥棱镜(6)和第二偏振分光镜(7)组成的差动式激光干涉仪，形成各自的干涉信号，经第二偏振分光镜(7)和第二分光镜(8)分光后，分别由第一探测器(9)、第二探测器(10)和第三探测器(11)接收，参考角锥棱镜(3)固定在压电陶瓷驱动器(4)上。
全文摘要
本发明公开了一种差动式激光干涉纳米位移测量方法及装置。双频激光器输出波长分别为和的正交线偏振光，射向由两个分光镜、两个偏振分光镜、两个角锥棱镜和压电陶瓷驱动器构成的差动式激光干涉仪，分别形成各自的干涉信号，由三个光电探测器接收。测量前，通过压电陶瓷驱动器调制参考角锥棱镜在1μm行程内往返运动，测得和的干涉信号的相位差为；然后参考角锥棱镜静止，测量角锥棱镜移动一被测位移，的整数干涉条纹变化数由双向计数模块测得，再次调制参考角锥棱镜测得此时和的干涉信号的相位差为，由得到的小数干涉条纹变化数；计算机根据测得的干涉条纹的整数和小数，计算得出被测位移。本发明适用于纳米级精度的位移测量技术领域。
文档编号G01B11/02GK103075969SQ20131001510
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者严利平, 陈本永, 田秋红, 孙政荣, 周砚江 申请人:浙江理工大学