[發明專利]五軸差分干涉儀

無效

• 申請號: 201210394472.0
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN102878923A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 陳建芳;程兆谷;程亞;黃惠杰;池峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及多軸干涉儀，特別是一種五軸差分干涉儀。

背景技術

干涉儀是對目標裝置的位移、長度等量進行精密測量的必不可少的工具。在干涉儀中，通過將光學路徑長度的變化轉換成位移量以對位移進行精確測量。雙頻激光干涉儀具有分辨率高、測速快、測量范圍大、可進行多軸同步測量等優點，因此被廣泛應用于先進制造和納米技術中，比如用作高精度光刻機工件臺掩模臺的定位和測量。

為了能同時對目標裝置進行長度或位移量、軸向旋轉量等多個自由度的測量，可采用包含多個激光束的多軸干涉儀，每一個激光束對應干涉儀的一個測量軸。在多軸干涉儀中，多軸分光的光束必須具有相等的能量而且彼此互相平行。分光系統設計的好壞是多軸細分干涉儀成敗的關鍵所在。一個好的分光系統能使干涉儀具有高穩定性和各路光束溫度漂移的一致性。

盡管多軸干涉儀已經被成功應用于諸多領域，但是對其性能進行持續提高以獲得很好的測量精度，特別是對多軸干涉儀的分光系統進行不斷改進以獲得較好的穩定性、較低的溫漂和非線性誤差以及可調節性，仍是當前不斷追求的目標。因此，多軸干涉儀的分光系統必須進行精心設計以確保由于光路不平衡引入的測量誤差，比如熱漂移和非線性誤差等降低到最小。目前多軸干涉儀常采用單一表面鍍多種不同要求的膜層的塊狀光學分光元件用于分光。?這種分光方法對光學加工精度要求非常高，而且同一塊分光元件要在二個通光面鍍多種不同要求的膜層，對鍍膜造成很大困難。此外，由于各路分光光束在塊狀光學分光元件中走過的路徑不同，引起各路光束的溫度漂移不一致，對差分干涉儀，這種結構通常還會引起測量光束和參考光束在介質（如石英玻璃）中的傳輸距離的不同。由于塊狀光學分光元件的各個分光面和反射面之間的幾何位置是固定的，對每一分光束無法進行單獨調節。因此，這種分光系統在應用中存在著各路光束溫度漂移一致性較差、光路調節較難等缺陷。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種五軸差分干涉儀，該干涉儀應具有元件易加工、光路調節相對容易、非線性誤差小和各路光束溫漂一致等優點。

本發明的技術解決方案如下：

一種五軸差分干涉儀，特點在于其構成包括沿偏振正交雙頻激光入射方向依次為五軸分光系統和差分干涉模塊。

所述的五軸分光系統由4個45°平面分光鏡和3個45°全反鏡組成，其位置關系如下：

在偏振正交雙頻激光入射方向設置一個分光比為40%的第一45°平面分光鏡，在該第一45°平面分光鏡的上方依次設置分光比33%第二平面分光鏡和第一45°全反鏡，2個50%第三平面分光鏡、第四平面分光鏡和一個全透鏡自下而上依次放置在同一個垂面上，2個第二45°全反鏡、第三45°全反鏡自下而上依次放置在另一個與其平行的垂面上；

第一45°平面分光鏡將入射的偏振正交雙頻激光分成40%的透射光束和60%的反射光束，該透射光束方向設置50%的第三45°平面分光鏡，經該第三45°平面分光鏡分為能量相等的透射光和反射光各一束，其中反射光束經第二45°全反鏡反射后，其傳播方向與透射光平行，從而形成下層A、B號光；

經第一45°平面分光鏡反射能量為60%的反射光束則經過與第一45°平面分光鏡上下平行放置的分光比為33%的第二45°平面分光鏡又被分成能量相等的透射光束和反射光束；其中的反射光束又入射到50%的第四45°平面分光鏡，該第四平面分光鏡分為能量相等的透射光束和反射光束，其中的反射光束再經第三45°全反鏡反射后，使得傳播方向與透射光平行，從而形成中層C、D號光；

經第二平面分光鏡的透射光束再經與第二平面分光鏡上下平行放置的第一45°全反鏡反射后也改變其傳播方向并與上述各分光束平行；該光束又入射到一個全透鏡后形成上層E號光，此處全透鏡的使用是為了使分光系統中每一路光束在介質中的傳輸距離盡量相等，從而保證各路光束溫度漂移的一致性；這樣，從激光器輸出的一束雙頻激光經過該五軸分光系統后被分成能量相等且相互平行的五束光，上層一束,中、下層各兩束。

所述的差分干涉模塊包括偏振分光鏡，在該偏振分光鏡的透光方向是第一四分之一波片和測量反射鏡，在該偏振分光鏡的反射光方向是第二四分之一波片和可調45°反射鏡，在該可調45°反射鏡的反射光方向是參考反射鏡。所述的參考反射鏡和測量反射鏡分別固定在測量物體上，如光刻機的工件臺和物鏡。在該偏振分光鏡的第四方設有由下向上三層排列的五個直角棱鏡。