基于双层光栅干涉技术的准共模光学构型双轴微位移测量系统

《Micromachines》：Dual-Axis Micro-Displacement Sensing Based on a Grating Pair with a Quasi-Common-Mode Optical Configuration

　　

摘要

本文提出了一种基于双层光栅干涉技术的准共模光学构型双轴微位移测量系统。该系统利用光栅对的衍射与干涉效应，通过检测可动光栅的离面和面内运动所引起的光衍射光强变化，实现了解耦的高精度双轴位移测量。理论推导了光栅对衍射所导致的光强响应，建立了位移与光强之间的定量关系。搭建了实验装置，记录了离面运动和面内运动的光强变化曲线。在1 mm工作范围内，系统性地分析了两个轴向的测量精度。实验结果表明，离面位移测量的满量程精度为0.0039%，分辨率为0.38 nm；面内位移测量的满量程精度为0.08%，分辨率为19 nm。凭借紧凑的架构、纳米级分辨率和卓越的测量精度，所提出的光栅对方案为多维微位移传感开辟了新途径。