空間分離式外差二自由度平面光柵干涉儀

摘要：為了實現(xiàn)平面二自由度位移測量,設(shè)計并搭建了空間分離式外差二自由度平面光柵干涉儀,并對所設(shè)計的光柵干涉儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)、測量原理、面內(nèi)旋轉(zhuǎn)安裝誤差補償?shù)冗M行了研究。基于平面光柵衍射特性和空間分離式外差光柵干涉結(jié)構(gòu)設(shè)計并搭建了具有對稱性的測頭光路,結(jié)合實際光學(xué)器件的特點,利用瓊斯矩陣分析了二自由度測量原理與顯著降低周期非線性誤差的特性。通過實驗測定了光柵面內(nèi)旋轉(zhuǎn)安裝誤差以便于應(yīng)用旋轉(zhuǎn)矩陣對測量數(shù)據(jù)進行解耦。隨后利用矩形和圓形軌跡分別驗證了兩測量軸在各自和同時運動的情況下,所設(shè)計的平面光柵干涉儀的測量能力。實驗結(jié)果表明,在解耦補償0.350°的光柵實際面內(nèi)旋轉(zhuǎn)安裝誤差的前提下,該空間分離式外差二自由度平面光柵干涉儀能夠?qū)崿F(xiàn)壓電位移臺30μm內(nèi)的位移測量,主要由機械振動等因素引起的誤差不超過0.15μm。本研究將空間分離式外差光柵干涉儀的測量維度拓展到了平面二自由度。