高精度线性衍射光栅干涉仪系统的研制

摘要

随着微电子产业的发展，对在长行程范围内具有微米级甚至纳米级分辨率的定位系统的要求愈发迫切，工业界中应用较多的是各类激光干涉仪，虽然激光干涉仪具有高精度，高分辨率，测量范围大的优点，但是其价格昂贵且测量精度易受环境的影响。于是开发具有微型化、高分辨率、低成本、易使用等优点的位移传感器，是计量学中一个重要的课题。 本文提出了一种新型的激光衍射光栅干涉仪测量系统，以光栅衍射原理和偏振光学为理论基础，配合正交信号的解相位细分原理，使得该系统可以达到纳米级分辨率。由于光栅干涉仪测量系统以精密光栅栅距作为测量基准，相对于传统干涉仪，光栅尺系统受环境因素所造成的测量误差影响较小。 光学架构上，本光学尺利用偏振光学元件，能大幅改善光栅与光学读数头之间的对位公差；避免了零级衍射光的回馈，提高了光学尺输出的信噪比。 本文也同时开发出一套信号处理流程。经由信号处理电路，可有效补偿因光学元件调整不当或光栅之偏摆所造成的不完美正交信号。 整合本论文创新之光学架构、光学量测原理、信号处理等成果，最后提出一简易流程进行光学读数头之调校与组装，在光学平台上完成微小化线性衍射式光学尺系统的制作。通过与HP5529比对，本光学尺系统在全行程15mm行程范围内，测量结果的标准差优于20nm。

目录

文摘

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致谢

第一章 绪论

第二章 光栅干涉仪的测量原理

第三章 读数头系统之设计

第四章 公差分析

第五章 信号处理

第六章 光学尺系统组装及性能测试

第七章 结论与未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文