一束测量光束的自准直光栅干涉仪的高光学细分结构如图1所不，主要 用于测量光束和参考光束形成干涉条纹的光栅干涉仪中。由图可见，本发明自准直光栅干 涉仪的高光学细分结构包括：光栅标尺1，第一直角棱镜2、第二直角棱镜4、第三直角棱镜 6、第一反射镜8。测量光束首次以m阶布拉格角入射到光栅标尺1后，被光栅标尺衍射，衍 射级次为_m的透射衍射光与入射光关于光栅平面对称，衍射光经第一直角棱镜2反射，反 射光与入射到直角棱镜的入射光平行，方向相反，存在一定的偏移，反射光再次以m阶布拉 格角入射到光栅标尺1上，透过光栅标尺1的-m级衍射光入射到第二直角棱镜4,被第二直 角棱镜4反射后平行于初始入射光束入射到光栅标尺1，依此原理，之后依次通过光栅标尺 1、第一直角棱镜2、光栅标尺1、第三直角棱镜6、光栅标尺1，此时的-m级衍射光垂直入射 到第一反射镜8上，光束沿原路返回，最后与初始入射光束重合，以与初始入射光束相反的 反向射出，此装置具有自准直特性。出射光束经后续光栅干涉的结构后和参考光束汇合在 一起形成干涉条纹，通过干涉条纹可以计算多普勒频移，从而得到光栅的位移。
[0027] 实施例2
[0028] 两束测量光束时自准直光栅干涉仪的高光学细分结构如图2所示，主要用于两束 测量光形成干涉条纹的光栅干涉仪中。该结构包括：光栅标尺1，第一直角棱镜2、第二直角 棱镜4、第三直角棱镜6、第四直角棱镜3、第五直角棱镜5、第六直角棱镜7、第一反射镜8， 第二反射镜9。相对于只有一束测量光束时自准直光栅干涉仪的高光学细分结构增加第四 直角棱镜3、第五直角棱镜5、第六直角棱镜7和第二反射镜9。此时，第四直角棱镜、第五 直角棱镜、第六直角棱镜、第二反射镜分别和第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜 和第一反射镜关于光栅标尺的发现对称放置。第一测量光束首次以m阶布拉格角入射到光 栅标尺1后，被光栅标尺衍射，衍射级次为-m的透射衍射光与入射光关于光栅平面对称，衍 射光经第一直角棱镜2反射，反射光与入射到直角棱镜的入射光平行，方向相反，存在一定 的偏移，反射光再次以m阶布拉格角入射到光栅标尺1上，透射光栅标尺1的-m级衍射光 入射到第二直角棱镜4,被第二直角棱镜4反射后平行于初始入射光束入射到光栅标尺1， 依此原理，之后依此通过光栅标尺1、第一直角棱镜2、光栅标尺1、第三直角棱镜6、光栅标 尺1、此时的-m级衍射光垂直入射到第一反射镜8上，光束沿原路返回，最后与初始入射光 束重合，以与初始第一入射测量光束相反的反向射出形成第一出射测量光束。第二测量光 束与第一测量光束分别位于光栅法线的两侧，第一测量光束首次以m阶布拉格角入射到光 栅标尺1后，被光栅标尺衍射，衍射级次为-m的透射衍射光与入射光关于光栅平面对称，衍 射光经第四直角棱镜3反射，反射光与入射到直角棱镜的入射光平行，方向相反，存在一定 的偏移，反射光再次以m阶布拉格角入射到光栅标尺1上，透射光栅标尺1的-m级衍射光 入射到第五直角棱镜5,被第五直角棱镜5反射后平行于初始入射光束入射到光栅标尺1， 依此原理，之后依此通过光栅标尺1、第四直角棱镜3、光栅标尺1、第六直角棱镜7、光栅标 尺1、此时的-m级衍射光垂直入射到第一反射镜9上，光束沿原路返回，最后与第二初始入 射测量光束重合，以与第二初始入射测量光束相反的反向射出形成第二出射测量光束。第 一出射测量光束和第二测量光束分别通过自准直光栅干涉仪的高光学细分结构原路返回 后经光栅干涉仪的后续结构后汇合在一起形成干涉条纹，通过干涉条纹可以计算多普勒频 移，从而得到光栅的位移。
[0029] 实施例3
[0030] 图3为另一种两束测量光束时自准直光栅干涉仪的高光学细分结构示意图。第一 测量光束以m阶布拉格角入射到光栅标尺1上，依次经第一直角棱镜11，光栅标尺1，第二 直角棱镜13,光栅标尺1，第三直角棱镜15,光栅标尺1，第四直角棱镜17,光栅标尺1，第五 直角棱镜19,光栅标尺1，第六直角棱镜21，光栅标尺1，第七直角棱镜23,光栅标尺1，此时 的_m级衍射光垂直入射到第一反射镜25上，光束沿原路返回，最后与第一初始入射测量光 束重合，以与第一初始入射测量光束相反的反向射出形成第一出射测量光束；
[0031] 与此类似，第二测量光束以m阶布拉格角入射到光栅标尺1上，第二测量光束与第 一测量光束关于光栅法线对称，依次经第八直角棱镜12,光栅标尺1，第九直角棱镜14,光 栅标尺1，第十直角棱镜16,光栅标尺1，第^ 直角棱镜18,光栅标尺1，第十二直角棱镜 20,光栅标尺1，第十三直角棱镜22,光栅标尺1，第十四直角棱镜24,光栅标尺1，此时的-m 级衍射光垂直入射到反射镜26上，光束沿原路返回，最后与第二初始入射测量光束重合， 以与第二初始入射测量光束相反的反向射出形成第二出射测量光束。第一出射测量光束和 第二测量光束分别通过自准直光栅干涉仪的高光学细分结构原路返回后经光栅干涉仪的 后续结构后汇合在一起形成干涉条纹，通过干涉条纹可以计算多普勒频移，从而得到光栅 的位移。
[0032] 图4为应用自准直光栅干涉仪的高光学细分部件实例的示意图，光源为单频激光 光源，干涉信号为两束测量光形成的。单频激光器41发出线偏振光，经偏振分束器42分成 P光和S光，分别由第一四分之一波片43和第二四分之一波片44变换为圆偏振光，再通过 第一反射镜45和第二反射镜46入射到图2或图3所示的自准直光栅干涉仪的高光学细分 结构47,第一测量光束的入射光束和第二测量光束的入射光束经高光学细分结构后变为第 一出射测量光束和第二出射测量光束，两出射光束再次经过第一反射镜45和第二反射镜 46,第一四分之一波片43和第二四分之一波片44变换为与原偏振态正交的线偏振光，经过 偏振分光棱镜42,共同进入虚线框内的由四分之一波片48、非偏振分束器49、第一偏振分 束器50、第二偏振分束器51 (45度旋转放置）及第一探测器52、第二探测器54、第三探测器 53、第四探测器55组成的偏振相移干涉光电探测单元，形成四路相移90°的探测信号。进 而由数据采集和处理及控制单元56处理即可获得光栅标尺的横向位移。
【主权项】
1. 一种自准直光栅干涉仪的高光学细分结构，其特征在于该结构包括：光栅标尺（1)、 用于第一测量光束的第一组2M个直角棱镜和第一反射镜（8)，所述的直角棱镜的两直角平 面镀增反膜称为增反面，另一个斜平面镀增透膜称为增透面，入射光线与所述的光栅标尺 (1)的法线的夹角，即入射角为布拉格角9,所述的增透面与入射光线或衍射光线垂直，即 增透面与光栅标尺的夹角为9,第一反射镜的反射面与光栅标尺的夹角亦为9,所述的第 一直角棱镜（2)、第二直角棱镜（4)、第三直角棱镜（6)、…、第M直角棱镜与第M+1直角棱 镜、第M+2直角棱镜、…、第2M直角棱镜关于所述的光栅标尺（1)的光栅平面相对称；M为 大于2的正整数； 第一测量光束首次以m阶布拉格角0入射到光栅标尺（1)后，被光栅标尺衍射，衍射 级次为_m的衍射光与入射光关于所述的光栅标尺的光栅平面对称，衍射光经第一直角棱 镜反射，反射光与入射到直角棱镜的入射光平行，方向相反，存在一定的偏移，反射光再次 以m阶布拉格角入射到光栅标尺上，透过光栅标尺的-m级衍射光入射到第二直角棱镜，被 第二直角棱镜反射后平行于初始入射光束入射到光栅标尺，依此原理，之后依次通过光栅 标尺、第二直角棱镜、光栅标尺、第三直角棱镜、光栅标尺、第一直角棱镜、光栅标尺、第一反 射镜（8)，由于第一反射镜的反射面与光栅平面的夹角为m阶布拉格角，使得经光栅标尺衍 射的_m级衍射光垂直入射到第一反射镜上，光束沿原路返回，最后与初始入射光束重合， 以与初始入射光束相反的反向射出。2. -种自准直光栅干涉仪的高光学细分结构，其特征在于该结构还包括用于第二测量 光束的第二组2M个直角棱镜和第二反射镜，该第二组2M个直角棱镜和第二反射镜与所述 的第一组的2M个直角棱镜和第一反射镜关于所述的光栅标尺的法线对称放置。3. 根据权利要求2所述的自准直光栅干涉仪的高光学细分结构，其特征在于所述的M 为2时，置于光栅标尺一边的2个直角棱镜可用一个较大的直角棱镜代替。
【专利摘要】一种自准直光栅干涉仪高光学细分结构，包括光栅标尺，第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜、第四直角棱镜、第五直角棱镜、第六直角棱镜、第一反射镜，第二反射镜。本发明使光栅干涉仪的测量光束在高衍射效率的光栅标尺和反射镜之间来回反射，同时充分利用光栅在布拉格角度下更容易获得高衍射效率的特点以增加被光栅标尺衍射的次数，从而达到光学高细分的效果。
【IPC分类】G01B9/02
【公开号】CN105136022
【申请号】CN201510580053
【发明人】卢炎聪, 周常河, 韦春龙, 余俊杰, 李树斌, 王津, 李燕阳, 李民康
【申请人】中国科学院上海光学精密机械研究所
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月14日