【技术实现步骤摘要】
基于KB镜纳米实验系统的高精度定位测量方法及装置
[0001]本专利技术属于同步辐射
,具体涉及一种基于KB镜聚焦纳米实验系统的高精度定位测量方法及其装置。
技术介绍
[0002]高能同步辐射光源(HEPS),具有相较于三代光源更低的发射角,更高的亮度以及更高的能量等优秀性能,可以实现更高要求的实验需求,但这也对光束线实验站的稳定性提出了更苛刻的要求。经过光束线上精密光学器件分光、准直、聚焦后的光束进入到实验站,从而对样品扫描并完成实验。而纳米KB镜是光束线上最后一台关键光学设备,也是所有光学机械设备中对于稳定性要求最高的设备,它可以将光斑聚焦到纳米尺度,它的稳定性直接影响着光斑位置、尺寸以及光场分布。对于纳米KB镜实验系统来说,分处于两腔体的纳米KB镜与样品台间的稳定性也代表着光斑与样品的相对稳定性,两者的相对稳定性直接决定着实验是否能够正常进行,因此需要一套测量系统对该实验系统稳定性进行评估,以便后续对偏移进行补偿校正,从而完成实验。另外在稳定状态下,纳米KB镜与样品台间的相对位置误差要求在纳米量级(一般要求小于10nm),因此也对测量系统的精度及分辨率提出严格的要求。
[0003]本专利技术主要针对第四代同步辐射光源高性能光束线站中先进的基于KB镜聚焦纳米实验系统,纳米KB镜实验系统示意图如图1所示,纳米KB镜实验系统包括纳米KB镜和样品台两部分,其中布置于纳米KB镜真空腔体中的纳米KB镜由VKB和HKB两块相互正交放置的镜子及其夹持调姿机构组成,两面反射镜分别实现垂直方向及水平方向聚焦,该腔体真 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于KB镜纳米实验系统的高精度定位测量装置,其特征在于,包括两独立的腔体和至少一套稳定性测量系统,所述稳定性测量系统包括一激光源、一稳定性测量组件、一目标光栅、一反射单元和信号处理单元;其中一腔体内设置纳米KB镜,所述纳米KB镜上设置所述目标光栅、反射单元,另一腔体内设置样品台,所述样品台上设置所述稳定性测量组件;或者其中一腔体内设置纳米KB镜,所述纳米KB镜上设置所述稳定性测量组件,另一腔体内设置样品台,所述样品台上设置所述目标光栅、反射单元;所述稳定性测量组件包括分光单元、回射单元、测量单元;所述激光源用于为所述稳定性测量组件提供测量激光;所述分光单元用于将所述测量激光分为两束光,分别用于测量样品台与纳米KB镜在两个方向上的位移;第一束测量光束分别入射到第一方向上的第一测量单元作为参考光,以及经所述第一测量单元入射到所述目标光栅,所述目标光栅用于使入射光发生衍射产生频移并入射到所述回射单元,所述回射单元将入射光束经所述目标光栅入射到该第一测量单元作为测量光,入射到第一测量单元的参考光、测量光发生干涉后输入第一信号处理单元,第一信号处理单元根据收到的干涉信号计算得到第一方向上的位移;第二束测量光束分别入射到第二方向上的第二测量单元作为参考光,以及入射到所述反射单元,所述反射单元将入射光反射到所述第二测量单元作为测量光,入射到第二测量单元的参考光、测量光发生干涉后输入第二信号处理单元,第二信号处理单元根据收到的干涉信号计算得到第二方向上的位移。2.一种基于KB镜纳米实验系统的高精度定位测量装置,其特征在于,包括一腔体和至少一套稳定性测量系统,所述稳定性测量系统包括一激光源、一稳定性测量组件、一目标光栅、一反射单元和信号处理单元;所述腔体内设置纳米KB镜、样品台;所述纳米KB镜上设置所述目标光栅、反射单元,所述样品台上设置所述稳定性测量组件;或者所述纳米KB镜上设置所述稳定性测量组件,所述样品台上设置所述目标光栅、反射单元;所述稳定性测量组件包括分光单元、回射单元、测量单元;所述激光源用于为所述稳定性测量组件提供测量激光;所述分光单元用于将所述测量激光分为两束光,分别用于测量样品台与纳米KB镜在两个方向上的位移;第一束测量光束分别入射到第一方向上的第一测量单元作为参考光,以及经所述第一测量单元入射到所述目标光栅,所述目标光栅用于使入射光发生衍射产生频移并入射到所述回射单元,所述回射单元将入射光束经所述目标光栅入射到该第一测量单元作为测量光,入射到第一测量单元的参考光、测量光发生干涉后输入第一信号处理单元,第一信号处理单元根据收到的干涉信号计算得到第一方向上的位移;第二束测量光束分别入射到第二方向上的第二测量单元作为参考光,以及入射到所述反射单元,所述反射单元将入射光反射到所述第二测量单元作为测量光,入射到第二测量单元的参考光、测量光发生干涉后输入第二信号处理单元,第二信号处理单元根据收到的干涉信号计算得到第二方向上的位移。3.根据权利要求1或2所述的定位测量装置,其特征在于,包括两套垂直方向安装的定
位测量组件,第一套定位测量组件安装在X
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Y平面内,用于测量纳米KB镜中的HKB与样品台在X、Y方向上的位移;第二套定位测量组件安装在Y
‑
Z平面内,用于测量纳米KB镜中的VKB与样品台在Y、Z方向上的位移。4.根据权利要求1或2所述的定位测量装置,其特征在于,所述测量激光包含频率不同且线偏振方向正交的第一偏振分量和第二偏振分量;第一方向上的第一测量单元包括第一直角反射棱镜(301)、第一偏振分光棱镜(302)、第一角锥棱镜(303)、第一四分之一波片(401)和第二四分之一波片(403);第二方向上的第二测量单元包括第二直角反射棱镜(202)、第二角锥棱镜(304)、第三角锥棱镜(306)、第二偏振分光棱镜(305)、第三四分之一波片(404);所述分光单元将所述测量激光分为两束偏振态及光强相同的两束光,其中一束记为光束A,另一束记为光束B;光束A经过第一偏振分光棱镜(302)后分为P光和S光;光束A所分出的P光作为第一测量光,在通过第二四分之一波片(403)后由P光变为圆偏振光正入射至目标光栅(501)并发生+1级衍射即第一次衍射,该+1衍射光以利特罗角入射至回射单元(402)返回,入射至目标光栅(501)后发生第二次衍射,衍射光经过第二四分之一波片(403)后由圆偏振光变为S光,该S光经第一偏振分光棱镜(302)反射后入射至第一角锥棱镜(303),第一角锥棱镜(303)的出射光经第一偏振分光棱镜(302)反射后通过第二四分之一波片(403),由S光变为圆偏振光正入射至目标光栅(501)并发生+1级衍射即第三次衍射,以利特罗角入射至回射单元(402)返回,入射至目标光栅(501)后发生第四次衍射后经过第二四分之一波片(403)后由圆偏振光变为P光,透射过第一偏振分光棱镜(302)并作为一路测量光;光束A所分出的S光作为第二测量光,经第一偏振分光棱镜(302)反射至第一直角反射棱镜(301),随后出射光经过第一四分之一波片(401),并由S光变为圆偏振光正入射至目标光栅(501)并发生
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1级衍射即第一次衍射,该
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1级衍射光以利特罗角入射至回射单元(402)并原路返回,入射至目标光栅(501)后发生第二次衍射后经过第一四分之一波片(401)后由圆偏振光变为P光,该P光经第一直角反射棱镜(301)反射,随后透射过第一偏振分光棱镜(302)并入射至第一角锥棱镜(303),第一角锥棱镜(303)的出射光透过第一偏振分光棱镜(302),随后入射第一直角反射棱镜(301)并垂直出射,出射光通过第一四分之一波片(401)后由P光变为圆偏振光后正入射至目标光栅(501)并发生
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1级衍射即第三次衍射,以利特罗角入射至回射单元...
【专利技术属性】
技术研发人员:于海涵,汤善治,何天,廖瑞颖,欧自娜,周亮,李明,
申请(专利权)人:中国科学院高能物理研究所,
类型:发明
国别省市:
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