【技术实现步骤摘要】
一种基于涡旋光激励的精密光栅位移测量方法
[0001]本专利技术涉及精密测量
,特别涉及一种涡旋光激励的精密光栅位移测量方法及装置。
技术介绍
[0002]精密位移测量技术,作为精密工程和前沿科学发展的引领性技术基础,始终是世界各国追逐的研究热点和展开争夺的制高点。其中,精密光栅位移传感技术及器件,作为最具发展前景的跨尺度纳米测量技术之一,是决定高端装备精度的核心基础功能部件,其应用场景已经从数控机床改造拓展至半导体制造装备。
[0003]精密光栅位移测量装置的测量分辨力,由光栅栅距和细分倍率(电子细分、光学细分)共同决定。但是目前精密光栅位移测量中主要存在以下问题:
[0004]1)光栅栅距的不断下探。通过制造更小的光栅栅距,实现测量分辨力的提升。然而光栅制造需要兼顾栅距尺度和幅面,小栅距大幅面光栅的制造,高度依赖于制造装备精度、工艺参数控制及环境条件保障等,需要巨额的资金投入、长期的工艺经验积累、以及制造工艺的原理性突破和发展。
[0005]2)电子细分方法的实施。通过对光栅传感信号的插值细分,如反正切细分方法、锁相环细分方法等,实现测量分辨力的提升。电子细分倍率越高,测量装置的动态响应速度越低,此外还必须考虑细分误差,否则,一味地提高细分倍数是没有实际意义。
[0006]3)光学细分结构的设计。现有方法通过选择高级次衍射光束或增加衍射次数,实现光栅传感信号的光学倍频,提升测量分辨力。光学倍频方法,原则上不会影响测量装置的动态响应特性,但无论是衍射级数的提高还是衍射次数的增加
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种涡旋光激励的精密光栅测量方法,所述测量方法基于一种涡旋光激励的精密光栅测量装置,所述测量装置包括激光器(1),所述激光器(1)的出口处设置有相位调制器件(2),所述相位调制器件(2)的正前方设置有反射镜(3),所述反射镜(3)的左侧设置有光栅(4),还包括两个反射镜和三个偏振分光棱镜、其中,两个反射镜分别为第一反射镜(6)和第二反射镜(7),所述第一反射镜(6)和第二反射镜(7)上下对应设置;三个偏振分光棱镜分别为第一偏振分光棱镜(8)、第二偏振分光棱镜(11)和第三偏振分光棱镜(12),其中,所述第一偏振分光棱镜(8)和第二偏振分光棱镜(11)处于一条光路上,所述第一偏振分光棱镜(8)和第三偏振分光棱镜(12)处于另外一条光路上,三个偏振分光棱镜呈直角分布,所述第一偏振分光棱镜(8)和第二偏振分光棱镜(11)之间设置有第一1/4波片(9),所述第一偏振分光棱镜(8)和第三偏振分光棱镜(12)之间设置有第二1/4波片(10);所述第二偏振分光棱镜(11)两侧设置有第一光电探测器(13)和第二光电探测器(15),所述第三偏振分光棱镜(12)两侧设置有第三光电探测器(14)和第四光电探测器(16);光栅(4)和第二反射镜(7)之间设置有道威棱镜(5);其特征在于,所述测量方法包括如下步骤:步骤1):激光器(1)的出射激光经相位调制器件(2),生成涡旋光束;涡旋光束经反射镜(3)反射打向光栅(4)并发生衍射,产生+m和
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m级衍射光;激光器(1)发出的激光经空间光调制器(2)转换为携带轨道角动量的Laguerre
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Gaussian涡旋光束,涡旋光束的特征主要由径向指数n和方位角向指数l来表征;步骤2):+m衍射光经第一反射镜(6)反射后进入第一偏振分光棱镜(8),
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m衍射光先经道威棱镜(5)后携带相反拓扑电荷,再经第二反射镜(7)进入第一偏振分光棱镜(8);步骤3):第一偏振分光棱镜将光分为两束,其中一光路中,+m级的S光和
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【专利技术属性】
技术研发人员:叶国永,张亚琳,袁涛,金少搏,王通,刘旭玲,王辉,
申请(专利权)人:郑州轻工业大学,
类型:发明
国别省市:
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