一种干涉仪测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术提供了一种干涉仪测量系统及测量方法，通过设置折光组件和回射组件实现二次衍射，还利用回射组件平行出光的效应，消除因待测目标转动导致的夹角干涉。利用回射组件，不仅可以消除夹角干涉，还能使干涉仪整体更为集成、紧凑，从而在测量中可以更好的控制干涉仪在测量环境中温度梯度，以降低环境因素对干涉仪精度的影响。仪精度的影响。仪精度的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种干涉仪测量系统及测量方法


[0001]本申请涉及精密测量
，特别地涉及一种干涉仪测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]精密加工离不开精密测量，随着生产设备对加工精度日益增长的需求，也不断对测量精度提出更高的要求。浸没式光刻机等精密设备的测量要求甚至达到了亚纳米级。光栅干涉仪以光栅的栅距为测量基准，且光栅刻线对环境因素的变化不敏感，因此相比于激光干涉仪降低了对光源的要求，光栅干涉仪的读数头部分的结构更加紧凑且光路对称，因此随着光栅制造水平的提高，其优越的稳定性与较低的测量成本使得其应用场景更加广泛。
[0003]光栅干涉测量技术凭借其光程短的优势保证了更高的环境鲁棒性，因此光栅干涉测量技术在亚纳米级测量方面的优势更加显著。现有的商用干涉仪，能基本满足纳米级精度的位移测量，但在实际的位移测量过程中，由于物体运动等因素会引起光栅或者反射镜产生偏移转角，用光电探测器直接接受干涉光的信息，会导致干涉信号的交直流比的值较低，这是由于干涉光斑范围内出现了干涉条纹。且在精密测量中，温度的波动也会影响测量仪器的精度，因此需要对测量仪器的使用环境进行温度的控制。因此如何消除接收器的夹角干涉从而消除干涉条纹以及如何设计一个集成度高的高分辨率干涉仪以便于控制温度梯度，这些问题在实际测量过程中亟需解决。

技术实现思路

[0004]针对上述相关技术中的问题本申请提供干涉仪测量系统及测量方法，通过设置折光组件和回射组件实现二次衍射，还利用回射组件平行出光的效应，消除因待测目标转动导致的夹角干涉。利用回射器，不仅可以消除夹角干涉，还能使干涉仪整体更为集成、紧凑，从而在测量中可以更好的控制干涉仪在测量环境中温度梯度，以降低环境因素对干涉仪精度的影响。
[0005]第一方面，本专利技术提出的一种干涉仪测量系统，包括：
[0006]激光发射部件，其用于产生至少两束相互平行的入射激光束；
[0007]偏振分光棱镜，其设置为与所述激光发射部件的发射端对应，所述偏振分光棱镜用于将所述入射激光束分为传播方向不同的测量激光束；
[0008]折光部件，其设置于所述偏振分光棱镜的出射方向上，用于将所述测量激光束依次折向反射光栅，以使所述测量激光束依次在所述反射光栅上进行至少两次衍射；
[0009]干涉部件，其用于接收经所述折光部件射出的衍射后的所述测量激光束，以使多束所述测量激光束两两进行干涉；以及
[0010]光电探测部件，其用于接收经所述干涉部件射出的干涉后的所述测量激光束并将其转换为电信号，根据所述电信号以对运动目标的位移进行测量。
[0011]在一个实施方式中，所述反射光栅安装于待测量的所述运动目标，所述反射光栅
能够随所述运动目标在目标平面内运动。
[0012]在一个实施方式中，每束所述入射激光束在所述偏振分光棱镜处形成分别沿第一方向与第二方向传播的两束所述测量激光束，所述折光部件包括回射组件、第一折光组件与第二折光组件，所述第一折光组件与所述第二折光组件分别对应沿所述第一方向与所述第二方向传播的所述测量激光束；
[0013]其中，所述测量激光束经所述折光组件后折向所述反射光栅并在所述反射光栅上衍射后原路返回，原路返回至所述折光组件的所述测量激光束折向所述回射组件，经所述回射组件的所述测量激光束再次折向所述折光组件并被再次折向所述反射光栅，在所述反射光栅上再次衍射后的所述测量激光束再次原路返回至所述折光组件并被所述折光组件出射至所述干涉部件。
[0014]在一个实施方式中，所述折光组件包括1/4波片、第一折光单元与第二折光单元，所述1/4波片设置于在所述偏振分光棱镜处形成的所述测量激光束的出射方向上，所述第一折光单元与所述第二折光单元在所述1/4波片后并列设置；
[0015]所述测量激光束依次经所述1/4波片、所述第一折光单元后折向所述反射光栅并原路返回，原路返回至所述1/4波片的所述测量激光束再经所述偏振分光棱镜后进入所述回射组件，经所述回射组件反向射出的所述测量激光束依次经所述1/4波片、所述第二折光单元后再次折向所述反射光栅并再次原路返回，再次原路返回至所述1/4波片的所述测量激光束再经所述偏振分光棱镜后进入所述干涉部件。
[0016]在一个实施方式中，所述折光单元包括至少两个折光元件，每个所述折光元件对应一束所述测量激光束，经所述折光元件折向所述反射光栅的所述测量激光束。
[0017]在一个实施方式中，沿同一个方向传播的至少两束所述测量激光束中，存在其中一束所述测量激光束经所述折光单元后以一级利特罗衍射角度作为入射角度射向所述反射光栅、另一束所述测量激光束经所述折光单元后以二级利特罗衍射角度作为入射角度射向所述反射光栅。
[0018]在一个实施方式中，至少两束相互平行的入射激光束经所述偏振分光棱镜后在同一个传播方向上产生对应的至少两束相互平行的所述测量激光束，所述至少两束所述测量激光束经所述回射组件反向射出后，其相对位置调换。
[0019]在一个实施方式中，所述第一折光组件与所述第二折光组件结构相同，且所述第一折光组件与所述第二折光组件中的各个构件以所述偏振分光棱镜所在平面为对称面相互对称分布。
[0020]在一个实施方式中，所述激光发射部件包括激光光源、非偏振分光棱镜和反射镜，所述非偏振分光棱镜用于使所述激光光源发出的激光部分透射、部分反射向所述反射镜，反射向所述反射镜的激光经所述反射镜再次反射后与所述非偏振分光棱镜处透射的激光平行地射出，以形成两束相互平行的所述入射激光束；或
[0021]所述激光发射部件包括至少两个激光光源，两个所述激光光源能够发射出两束相互平行的所述入射激光束。
[0022]在一个实施方式中，还包括分束器件，所述分束器件设置于所述干涉部件与所述光电探测部件之间，其用于将干涉后的所述测量激光束分为多束进入所述光电探测部件的出射激光束。
[0023]在一个实施方式中，所述激光发射部件产生的所述入射激光束为45度偏振光，所述45度偏振光经所述偏振分光棱镜后产生的两束传播方向不同的所述测量激光束分别为P偏振光与S偏振光。
[0024]第二方面，本专利技术提出的一种干涉仪测量方法，包括：
[0025]获得至少两束相互平行的入射激光束；
[0026]将所述入射激光束分为传播方向不同的测量激光束；
[0027]使所述测量激光束在反射光栅上依次进行至少两次衍射
[0028]对于衍射后的所述测量激光束两两进行干涉；以及
[0029]将干涉后的所述测量激光束转换为电信号，根据所述电信号以对运动目标的位移进行测量。
[0030]上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。
[0031]本专利技术提供的一种干涉仪测量系统及测量方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
[0032]利用回射组件(回射器)的平行出光效应，消除由于待测物体转动导致用于测量的激光形成夹角干涉而产生干涉条纹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干涉仪测量系统，其特征在于，包括：激光发射部件，其用于产生至少两束相互平行的入射激光束；偏振分光棱镜，其设置为与所述激光发射部件的发射端对应，所述偏振分光棱镜用于将所述入射激光束分为传播方向不同的测量激光束；折光部件，其设置于所述偏振分光棱镜的出射方向上，用于将所述测量激光束依次折向反射光栅，以使所述测量激光束依次在所述反射光栅上进行至少两次衍射；干涉部件，其用于接收经所述折光部件射出的衍射后的所述测量激光束，以使多束所述测量激光束两两进行干涉；以及光电探测部件，其用于接收经所述干涉部件射出的干涉后的所述测量激光束并将其转换为电信号，根据所述电信号以对运动目标的位移进行测量。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反射光栅安装于待测量的所述运动目标，所述反射光栅能够随所述运动目标在目标平面内运动。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每束所述入射激光束在所述偏振分光棱镜处形成分别沿第一方向与第二方向传播的两束所述测量激光束，所述折光部件包括回射组件、第一折光组件与第二折光组件，所述第一折光组件与所述第二折光组件分别对应沿所述第一方向与所述第二方向传播的所述测量激光束；其中，所述测量激光束经所述折光组件后折向所述反射光栅并在所述反射光栅上衍射后原路返回，原路返回至所述折光组件的所述测量激光束折向所述回射组件，经所述回射组件的所述测量激光束再次折向所述折光组件并被再次折向所述反射光栅，在所述反射光栅上再次衍射后的所述测量激光束再次原路返回至所述折光组件并被所述折光组件出射至所述干涉部件。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述折光组件包括1/4波片、第一折光单元与第二折光单元，所述1/4波片设置于在所述偏振分光棱镜处形成的所述测量激光束的出射方向上，所述第一折光单元与所述第二折光单元并列设置；所述测量激光束经所述1/4波片、所述第一折光单元后折向所述反射光栅并原路返回，原路返回的所述测量激光束再经所述偏振分光棱镜后进入所述回射组件，经所述回射组件反向射出的所述测量激光束经所述1/4波片、所述第二折光单元后再次折向所述反射光栅并再次原路返回，再次原路返回的所述测量激光束再经所述偏振分光棱镜后进入所述干涉部件。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述折光单元包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸣，朱煜，张恩鸣，王磊杰，叶伟楠，黄河，刘相波，成荣，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：