一種光學八細分線性干涉儀制造技術

一種光學八細分線性干涉儀，包括偏振分光棱鏡、矩形角鏡、第一四分之一波片、第二四分之一波片、第一角錐棱鏡和第二角錐棱鏡，其中，所述矩形角鏡膠結于偏振分光棱鏡入射面的一個側面的上半部分，且矩形角鏡的膠合面、偏振分光棱鏡的入射面和分束面交于同一側棱；所述第一四分之一波片膠結于偏振分光棱鏡入射面的正對面；第二四分之一波片膠結于偏振分光棱鏡入射面的另一個側面；所述第一角錐棱鏡作為測量臂角錐棱鏡，與被測對象固結且其折射面對應第一四分之一波片，所述第二角錐棱鏡作為參考臂角錐棱鏡，且其折射面對應第二四分之一波片，本發明專利技術可提高現有線性干涉儀的測量分辨率，降低測量非線性。

【技術實現步驟摘要】
一種光學八細分線性干涉儀
本專利技術屬于精密位移測量
，特別涉及一種光學八細分線性干涉儀。
技術介紹
雙頻激光干涉測量具有測量精度高、實時動態性能好、測量配置便捷、環境適應性強等優點，廣泛應用在精密機床標定、大規模集成電路光刻機工件臺和研磨臺的精密定位等諸多領域。一個典型的雙頻激光干涉測量系統包含雙頻穩頻激光頭、干涉儀和測量電子模塊。其中干涉儀通過偏振分束構成參考光路和測量光路，合束后的外差干涉信號經探測器檢測，輸入測量電子模塊進行位移解算。在雙頻激光干涉測量系統中，位移的變化反映在光程的變化上，光程差變化一個波長，對應干涉信號相位變化360°。其位移測量分辨率由以下兩方面決定:1)光程差和位移量的比值，由干涉儀的光學細分確定，通常，采用角鏡為靶鏡的線性干涉儀的光學細分為2 ;2)360°內的相位細分，測量電子模塊實現，目前可以達到512，1024甚至更高的細分。目前，商用的雙頻激光干涉系統可以實現0.3nm甚至更高的位移測量分辨率。但是，由于測量光學其中的缺陷，導致被測信號中疊加有一個周期性的相位誤差，使得測量相位信息與被測位移之間存在非線性關系，直接限制了雙頻干涉儀測量精度的提高。研究表明，這種非線性誤差不具有累加性，以一個光程差為周期變化，商用線性干涉儀該值可達4nm。在諸多減小非線性誤差的方法中，合理設計干涉儀光路，提高光程差和位移量的比值關系即提高光學細分數是最為直接和有效的提升方法。
技術實現思路
為了克服上述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供一種光學八細分線性干涉儀，可提高現有線性干涉儀的測量分辨率，降低測量非線性。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是:一種光學八細分線性干涉儀，包括偏振分光棱鏡100、矩形角鏡200、第一四分之一波片300、第二四分之一波片500、第一角錐棱鏡400和第二角錐棱鏡600，其中，所述矩形角鏡200膠結于偏振分光棱鏡100入射面的一個側面的上半部分，且矩形角鏡200的膠合面、偏振分光棱鏡100的入射面和分束面交于同一側棱；所述第一四分之一波片300膠結于偏振分光棱鏡100入射面的正對面；第二四分之一波片500膠結于偏振分光棱鏡100入射面的另一個側面；所述第一角錐棱鏡400作為測量臂角錐棱鏡，與被測對象固結且其折射面對應第一四分之一波片300，所述第二角錐棱鏡600作為參考臂角錐棱鏡，且其折射面對應第二四分之一波片500。所述第一四分之一波片300和第二四分之一波片500在出射面分區域鍍膜，其中與矩形角鏡200對應高度的出射面上鍍增透膜，在其余位置鍍高反膜。所述第一四分之一波片300的上半部分301和第二四分之一波片500的上半部分501均鍍增透膜，第一四分之一波片300的下半部分302和第二四分之一波片500的下半部分502均鍍高反膜。所述第一四分之一波片300和第二四分之一波片500為采用相同材料和工藝制造的真零級波片，并按玻璃、石英波片、玻璃的三明治結構膠合，具有相同的光學厚度，且波片光軸均沿對角線方向。所述第一角錐棱鏡400和第二角錐棱鏡600用于參考臂和測量臂的回光，采用相同玻璃制造，鍍鋁反射膜，且兩鏡頂點到各自鏡底面的距離相同。所述光學八細分線性干涉儀的入射光源來自雙頻激光器，包含垂直偏振輸出頻率fi和水平偏振輸出頻率f2，且兩頻率之差在幾十MHz以內。入射光束經偏振分光棱鏡100分束后,參考光路四次往返于第二角錐棱鏡600，測量光路四次往返于第一角錐棱鏡400。參考光路和測量光路合束后輸出光信號經光電檢測與相位解算，計算出位移信息，所求位移量是光程變化量的1/8，即具有光學八細分功能。與現有技術相比，本專利技術光學八細分線性干涉儀中，回光光束具備普通線性干涉儀中不受測量角錐棱鏡繞頂點的偏擺、俯仰和滾轉誤差影響的特性，此外，本專利技術中回光光束還不受角鏡整體上下移動誤差的影響，具有比普通線性干涉儀更好的回光穩定性。【附圖說明】圖1是本專利技術結構示意圖。【具體實施方式】下面結合附圖和實施例詳細說明本專利技術的實施方式。以下結合附圖1對本專利技術作進一步的詳細描述。本專利技術所提出的光學八細分線性干涉儀由偏振分光棱鏡100、矩形角鏡200、第一四分之一波片300、第二四分之一波片500、第一角錐棱鏡400和第二角錐棱鏡600構成。其中偏振分光棱鏡100、矩形角鏡200、第一四分之一波片300和第二四分之一波片500通過膠合的方法集成為偏振分光棱鏡組件,非常有利于測量現場的安裝和調節。偏振分光棱鏡組件在膠合時，先將矩形角鏡200膠結于偏振分光棱鏡100入射面的一個側面的上半部分，使得矩形角鏡200的膠合面、偏振分光棱鏡100入射面和分束面匯于同一側棱。然后將第一四分之一波片300膠結于偏振分光棱鏡100入射面的正對面；將第二四分之一波片500膠結于偏振分光棱鏡100入射面的另一個側面，即矩形角鏡200的正對面。其中第一四分之一波片300的上半部分301和第二四分之一波片500的上半部分501鍍增透膜；第一四分之一波片300的下半部分302和第二四分之一波片500的下半部分502鍍高反膜。所用兩片四分之一波片為采用相同材料和工藝制造的真零級波片，并按玻璃、石英波片、玻璃的三明治結構膠合，具有相同的光學厚度，且波片光軸均沿對角線方向。在測量應用中，第一角錐棱鏡400作為測量臂角錐棱鏡，，即靶鏡，與被測對象固結，其折射面對應第一四分之一波片300。第二角錐棱鏡600作為參考臂角錐棱鏡，與偏振分光棱鏡組件固定，且其折射面對應第二四分之一波片500 ο所選用第一角錐棱鏡400和第二角錐棱鏡600采用相同材料和工藝制作，三直角面鍍鋁反射膜，減小角鏡引入的非線性，且兩角鏡頂點到角鏡地面的距離相同。圖1標示了應用本專利技術光學八細分線性干涉儀時的完整光路。來自雙頻激光器的輸入光束經偏振分光棱鏡100分束。一方面,水平偏振的輸出頻率f2在分束面透過。之后歷經第一四分之一波片的上半部分301透射，第一角錐棱鏡400折返，第一四分之一波片的下半部分302反射，第一角錐棱鏡400 二次折返，第一四分之一波片的上半部分301 二次透射，偏振態變為垂直偏振。該垂直偏振光經偏振分光棱鏡100分束面反射、矩形角鏡200折返、偏振分光棱鏡100分束面再次反射后，又一次歷經第一四分之一波片的上半部分301透射，第一角錐棱鏡400折返,第一四分之一波片的下半部分302反射,第一角錐棱鏡400 二次折返，第一四分之一波片的上半部分301 二次透射，偏振態重新變為水平偏振，后透過偏振分光棱鏡100，形成測量信號。另一方面，垂直偏振的輸出頻率4在分束面反射。之后歷經第二四分之一波片的上半部分502透射，第二角錐棱鏡600折返，第二四分之一波片的下半部分502反射，第二角錐棱鏡600 二次折返，第二四分之一波片的上半部分501 二次透射，偏振態變為水平偏振。該水平偏振光經偏振分光棱鏡100分束面透射、矩形角鏡200折返、偏振分光棱鏡100分束面再次透射后，又一次歷經第二四分之一波片的上半部分501透射，第二角錐棱鏡600折返,第二四分之一波片的下半部分502反射,第二角錐棱鏡600 二次折返，第二四分之一波片的上半部分501 二次透射，偏振態重新變為垂直偏振，后在偏振分光棱鏡100分束面反本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光學八細分線性干涉儀，其特征在于，包括偏振分光棱鏡(100)、矩形角鏡(200)、第一四分之一波片(300)、第二四分之一波片(500)、第一角錐棱鏡(400)和第二角錐棱鏡(600)，其中，所述矩形角鏡(200)膠結于偏振分光棱鏡(100)入射面的一個側面的上半部分，且矩形角鏡(200)的膠合面、偏振分光棱鏡(100)的入射面和分束面交于同一側棱；所述第一四分之一波片(300)膠結于偏振分光棱鏡(100)入射面的正對面；第二四分之一波片(500)膠結于偏振分光棱鏡(100)入射面的另一個側面；所述第一角錐棱鏡(400)作為測量臂角錐棱鏡，與被測對象固結且其折射面對應第一四分之一波片(300)，所述第二角錐棱鏡(600)作為參考臂角錐棱鏡，且其折射面對應第二四分之一波片(500)。

【技術特征摘要】
1.一種光學八細分線性干涉儀，其特征在于，包括偏振分光棱鏡(100)、矩形角鏡(200)、第一四分之一波片(300)、第二四分之一波片(500)、第一角錐棱鏡(400)和第二角錐棱鏡(600)，其中，所述矩形角鏡(200)膠結于偏振分光棱鏡(100)入射面的一個側面的上半部分，且矩形角鏡(200)的膠合面、偏振分光棱鏡(100)的入射面和分束面交于同一側棱；所述第一四分之一波片(300)膠結于偏振分光棱鏡(100)入射面的正對面；第二四分之一波片(500)膠結于偏振分光棱鏡(100)入射面的另一個側面；所述第一角錐棱鏡(400)作為測量臂角錐棱鏡，與被測對象固結且其折射面對應第一四分之一波片(300)，所述第二角錐棱鏡(600)作為參考臂角錐棱鏡，且其折射面對應第二四分之一波片(500)。2.根據權利要求1所述的光學八細分線性干涉儀，其特征在于，所述第一四分之一波片(300)和第二四分之一波片(500)在矩形角鏡(200)對應高度的出射面上鍍增透膜，在其余位置鍍高反膜。3.根據權利要求1所述的光學八細分線性干涉儀，其特征在于，所述第一四分之一波片(300)的上半部分(301)和第二四分之一波片(500)的上半部分(501)均鍍增透膜...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王君博，尉昊赟，趙世杰，李巖，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11