[實用新型]一種高速增益自動可調的雙頻激光干涉信號接收器

有效

• 申請號: 200720198751.4
• 申請日: 2007-11-30
• 公開（公告）號: CN201141770Y
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 高為宮;池峰;陳勇輝;吳仁玉
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G01D5/30
• 分類號: G01D5/30;G03F7/20
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本實用新型涉及高測速雙頻激光干涉儀測量系統中的一種雙頻激光干涉信號接收器，涉及雙頻激光干涉信號的光電轉換、信號調理、波形變換等過程。

背景技術

雙頻激光干涉儀具有大測量范圍、高分辨率、高測量精度和高速度等優點，是高精度步進掃描投影光刻機工件臺定位不可缺少的測量工具。雙頻激光干涉儀主要用于精密工件臺的位置測量系統上，特別是用在步進掃描投影光刻機的工件臺的精密定位系統。

雙頻激光干涉儀測量系統的結構如圖1所示，激光頭2’發出兩列具有不同頻率(f₁垂直于紙面；f₂平行于紙面)的線偏振光。經過分光鏡3’，將光分成強度分別33％和66％兩束。

強度為33％的光束經過干涉鏡4’將光束按照偏振方向將f₁，f₂分離。設兩束光的波動方程為：

E₁＝E_R1cos2πf₁t

E₂＝E_R2cos2πF₂t

平行于紙面的偏振光f₂透過干涉鏡4’后，被工作臺上的測量反射鏡5’反射回干涉鏡4’，通過鏡頭6’接收后進入接收器1’。當測量反射鏡5’移動時，產生多普勒效應，返回光束頻率變為f₂±Δf。Δf為多普勒偏移量。它包含測量工作臺的位移信息。f₁經過干涉鏡4’后，最終與光束f₂±Δf匯合。匯合后光束的光強函數為：

接收器1’將頻率為f₁-f₂±Δf的光信號，轉換為電信號，電信號也包括一個直流量和一個交流量。信號調理后，去除直流量，將交流量轉換為一組頻率為f₁-f₂±Δf的脈沖信號。

從激光頭中輸出頻率為f₁-f₂的脈沖信號，為后續電路處理的基準信號。測試板卡采用減法器通過對兩列信號的相減，得到由于工件臺的位移引起的變化頻率Δf。工作臺的位移L與Δf的關系可表示為：

λ為激光的波長。

從以上的分析可以看出：只要測得脈沖信號的頻率變化Δf，就可以計算出工件臺的位移。脈沖信號是后續測量板卡的輸入信號，這就需要將攜帶位移信息的光交流信號，準確轉換成相同頻率的電壓脈沖信號。

目前商品化的激光干涉儀接收器的原理如圖2所示。該接收器主要由光電探測器與一級放大電路1、手動衰減調節電路2、二級放大4、信號強度檢測電路6、波形轉換電路7、信號驅動電路組成。

光電探測器和一級放大電路1將雙頻激光信號轉換為電壓信號并放大，衰減調節電路2控制一級放大電路1的放大倍數。二級放大電路4將電壓信號進一步放大。波形轉換電路7將正弦電壓信號轉換為方波信號。信號強度檢測電路6檢測電壓信號的強度并輸出。當信號強度比較弱時強度檢測電路6控制開關使輸出高電平，方波信號經過驅動電路10轉換為差分信號。

不僅自由空間的光可能會對光電探測電路造成干擾，電路本身也會產生一定的噪聲。雖然這些干擾強度很弱，但是探測器感受到的測試信號強度也不高。經過放大后，這些噪聲會影響測試的精度。商品化的接收器，雖然可以手動調節第一級放大電路的增益。但實際測試過程中，手動調節并不方便，甚至可能導致放大電路的輸出飽和。

實用新型內容

本實用新型的目的就是解決以上問題，設計增益自動可調的接收器，將微弱的光信號轉換為幅值可控的差分電壓信號，保證測量系統測試精度。

為了達到上述目的，本實用新型提供一種高速增益自動可調的雙頻激光干涉信號接收器，包含；

光電信號轉換電路；該光電信號轉換電路包含電路連接的光電二極管和電流/電壓轉換模塊；

放大濾波電路，該放大濾波電路的輸入端電路連接所述光電信號轉化電路的輸出端；

增益自動調節放大電路，該增益自動放大電路的輸入端電路連接所述放大濾波電路的輸出端；

波形轉換電路，該波形轉換電路的輸入端電路連接所述增益自動調節放大電路的輸出端；

差分驅動器，該差分驅動器的輸入端電路連接所述波形轉換電路的輸出端；

本實用新型所述的接收器還包含：

控制信號產生電路，該控制信號產生電路的輸入端電路連接所述放大濾波電路的輸出端，輸出端分別電路連接所述增益自動調節放大電路的輸入端和所述波形轉換電路的輸入端；