【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于精密仪器及测量领域，具体为一种基于光栅多级衍射同步干涉实现多分辨率、多自由度干涉测量的系统及方法。
技术介绍
目前，基于光栅的位移、速度测量已经有相当的发展，例如，用于一维测量的光栅尺是这方面应用的典型产品。但经过调研已有国内外产品、文献和专利可以发现，限于激光功率较低、读数光栅固定的衍射角度限制，鲜有利用超过正负1级衍射光线进行干涉测量的情况，实际上，通常认为利用高级次衍射光进行干涉测量没必要(衍射角本身也可以通过光栅参数进行控制)且可操作性差，高级次衍射光衰减厉害。但是，对于纳米级、亚纳米级精度测量时其稳定性往往不好，以不同的灵敏度(利用多级衍射光进行干涉测量)、多次同步复测综合判断尤为重要；另一方面，最近几年激光器制作技术有了很大发展，利用高级次衍射光进行干涉测量逐渐成为可能。本申请创造性的提出采用集成屏代替传统的读数光栅，不仅可以实现多探头多分辨率同步探测，而且光强衰减片的引入使得参与干涉的两路光光强比较接近，从而进一步提升干涉条纹对比度，为下一步利用芯片进行电气细分奠定基础。就采用二维光栅而言，传统的计量光栅、读数光栅模式，由于参与干涉、交于计量光栅表面的两路光必须对称于光栅面的法线，造成了光路布置空间非常狭小且无法拓展。例如，计量光栅和读数光栅(透射光栅)必须满足整数倍关系，根据光栅方程方可判断经过两光栅衍射后发生相干的两路光，其在计量光栅位置是对称于计量光栅的(以光栅法线为对称...
【技术保护点】
一种基于光栅多级衍射同步干涉实现多分辨率、多自由度干涉测量的系统，其特征在于：包括二维光栅、准直后的激光光源、集成探头；所述集成探头包括多个光电感应探头和集成屏，集成屏内包括有支撑框架、多个折射晶体，多个光电感应探头和多个折射晶体均相对固定在支撑框架上；集成屏与光栅平面平行放置；通过集成屏实现多个衍射级次的光同步干涉测量，不同的衍射级次对应不同的分辨率，从而实现多自由度、多分辨率测量。
【技术特征摘要】
1.一种基于光栅多级衍射同步干涉实现多分辨率、多自由度干涉测量的系统，其特征
在于：包括二维光栅、准直后的激光光源、集成探头；所述集成探头包括多个光电感应探头
和集成屏，集成屏内包括有支撑框架、多个折射晶体，多个光电感应探头和多个折射晶体均
相对固定在支撑框架上；集成屏与光栅平面平行放置；通过集成屏实现多个衍射级次的光
同步干涉测量，不同的衍射级次对应不同的分辨率，从而实现多自由度、多分辨率测量。
2.根据权利要求1所述的一种基于光栅多级衍射同步干涉实现多分辨率、多自由度干
涉测量的系统，其特征在于：所述的集成屏上按照光线接收位置的不同选择布置有光强衰
减片、光程差补偿片。
3.根据权利要求2所述的一种基于光栅多级衍射同步干涉实现多分辨率、多自由度干
涉测量的系统，其特征在于：所述二维光栅为反射光栅或者透射光栅；
针对反射光栅和透射光栅分别有两种光路布置方案：使用反射光栅时，光栅反射面向
上，经过准直后的入射光垂直于光栅反射面入射，则其衍射光将对称的出现在入射线及两
个栅向构成的平面内；当使用透射光栅时，入射光将从下方向上入射，此时其衍射光分布与
前述反射光栅的衍射光分布相同。
4.一种基于光栅多级衍射同步干涉实现多分辨率、多自由度干涉测量的方法，其特征
在于：采用同级衍射光干涉进行x和y运动量的测量，测量方法如下：
假设+m级衍射光与光栅面法线的交角为θ+m，当光栅以速度V与该衍射线在栅面的投影
方向前进，则由多普勒效应引起的频差为c为光速、f0为光的频率；相
对应的即由于相对运动造成一路光频率增加、另一路光频率
降低，当+m级衍射光与-m级衍射光相遇发生干涉时，其混频信号的频率则为
对该频率进行时间积分则得到该时间内干涉条纹的移动数
N，即：
N = ∫ 0 t Δ f d t = ∫ 0 t 2 Vsinθ + m c f 0 d t = 2 f 0 sinθ + m c ∫ 0 t V d t = 2 sinθ + m λ ∫ 0 t V d t - - - ( 1 ) ]]>其中时间t内的位移激光的波长为λ，另外，sinθ+m可以依据光栅方程进一步
表示为光栅常数和m的表达式；例如，采用光栅常数为d的全息光栅时，
S = ∫ 0 t V d t = N ...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴宜全，桂成群，刘胜，雷金，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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