【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于位移和长度纳米精度测量的相位调制光栅传感器及实现测量的方法。
技术介绍
基于纳米技术的产业和半导体设备产业，需要高度可靠、具有快速稳定定位能力、精度达到亚纳米水平的仪器。现在，激光干涉仪，电容测量仪和光栅传感器都可以达到亚纳米级分辨率，但是他们都有各自的问题，例如激光干涉仪对空气温度，湿度和大气压力的改变很敏感，影响测量的重复性。电容测量仪测量范围小，安装时调整过程困难。光栅传感器结构紧凑，综合光栅测量的误差平均效应、信号稳定与干涉测量的高灵敏特点，把干涉测量的基准由光波波长转为光栅常数，实现高精度位移測量，实际应用中比激光干涉仪具有更强的适应性。因此，尽管高端的光栅传感器由于小间距(>0.5微米)和短行程光栅，往往需要细致的安装和信号调整，位置传感器的应用仍然越来越广泛。目前激光光栅传感器測量分辨率已经达到纳米甚至皮米级。国内外典型高精度光栅测量传感器产品性能如表I所示。从表中可以看出，光栅测量系统目前測量性能基本可以和激光干涉仪媲美，步入纳米測量范畴。表I典型激光光棚传感器广品系统性能指标产品測量范围光栅栅距分辨率精度/重复性 H...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种相位调制光栅传感器，其特征在于包括光路部分和信号处理部分，所述的光路部分包括有反射光栅尺、遮光板、两个反射镜、三个四分之一波片、两个偏振分光镜、半导体激光器、光电信号检测器、压电陶瓷促动器和四象限探測器，第一个偏振分光镜的分光面正对所述半导体激光器的出光ロ，所述的三个四分之一波片分别放置在所述分光面的对称面以及与所述分光面相邻的两个相互对称面的前面且三个四分之一波片的快轴方向为45度，所述两个反射镜的位置相对称，且其中ー个反射镜粘贴在所述压电陶瓷促动器上，所述的半导体激光器发出的激光束入射到所述第一个偏振分光镜的分光面上，激光束被分为偏振方向相互垂直的两束光，被偏振分光镜反射的光束称为左臂光，被偏振分光镜透射的光束称为右臂光，其中左臂光经过第一个四分之一波片后被转化为左旋圆偏振光并入射到第一反射镜上，后被反射到所述反射光栅尺上，并发生衍射；所述右臂光经过第三个四分之一波片后被转化为右旋圆偏振光井入射到粘贴在压电陶瓷促动器上的第二反射镜上，后被反射到反射光栅尺上，并发生衍射；调整第一反射镜和第二反射镜的角度，使左臂光和右臂光以大小为arCsin(A/2d)的角度入射到所述反射光栅尺上，其中λ为半导体激光器发出激光束的波长，d为反射光栅尺的栅距，则左臂光的O级衍射光入射到所述四象限探測器中，右臂光的O级衍射光入射到所述遮光板上，左臂光的+1级衍射光沿左臂光入射方向原路返 回，右臂光的-1级衍射光沿右臂光入射方向原路返回，左臂光的+1级衍射光再经第一反射镜反射，再次经过第一个四分之一波片，由左旋圆偏振光转化激光束透射过第一个偏振分光镜，经过第二个四分之一波片后转化为右旋偏振光；右臂光的-I级衍射光再经第二反射镜反射，再次经过第三个四分之一波片，由右旋圆偏振光转化为激光束，被第一个偏振分光镜...
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