CN117031769A - 干涉仪镜组及位移测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学系统技术领域，提供一种干涉仪镜组及位移测量系统，干涉仪镜组包括第一偏振分光元件、第二偏振分光元件、第一偏振态转换反射组件、第二偏振态转换反射组件和目标偏振态转换元件，第一信号光借助于第一偏振分光元件和第二偏振分光元件可以实现两次入射至目标反射元件并反射后输出，第二信号光借助于第一偏振态转换反射组件和第二偏振态转换反射组件可以实现两次反射后输出，实现4光学细分数的干涉仪，提升干涉仪的分辨率。以目标反射元件的垂直方向为干涉仪镜组的垂向方向，干涉仪镜组还可以增大第一信号光在干涉仪镜组和目标反射元件之间的垂向行程，有助于实现垂向的位移测量范围，满足光刻机工件台的位移测量范围的需求。

Description

干涉仪镜组及位移测量系统

技术领域

本发明涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种干涉仪镜组及位移测量系统。

背景技术

目前，对光栅精密测量系统技术的定位精度与测量范围要求不断提高，特别在光刻机等高端超精密仪器产业中，对测量精度与范围的要求则更高。随着技术发展，相应的位移测量技术也衍生出了多种原理与形式：例如光栅尺、电容式测量、光栅干涉测量以及激光干涉测量等，而由于光栅干涉仪通过光栅的衍射与光的干涉原理实现位移测量，与其他位移测量技术相比，在亚纳米级测量上更具优势。

光栅干涉仪的分辨率作为位移测量系统中的关键指标，其直接影响位移测量系统的测量精度以及应用位移测量系统的光刻机的制造精度，因此进一步提高光栅干涉仪的分辨率仍是目前一项关键的任务。然而，现有的光栅干涉仪光学细分数小，这将导致光栅干涉仪的分辨率较低，因而影响光栅干涉仪的后续应用。

因此，现亟需提供一种可以应用于位移测量系统的干涉仪镜组。

发明内容

本发明提供一种干涉仪镜组及位移测量系统，用以解决现有技术中存在的缺陷。

本发明提供一种干涉仪镜组，包括：第一偏振分光元件、第二偏振分光元件、第一偏振态转换反射组件、第二偏振态转换反射组件和目标偏振态转换元件；其中，

第一信号光依次经所述第一偏振分光元件和所述目标偏振态转换元件后入射至目标反射元件上，并经所述目标反射元件和所述目标偏振态转换元件入射至所述第一偏振分光元件，依次经所述第一偏振分光元件、所述第二偏振分光元件、所述目标偏振态转换元件、所述目标反射元件、所述目标偏振态转换元件和所述第二偏振分光元件后输出；

第二信号光依次经所述第一偏振分光元件、所述第一偏振态转换反射组件、所述第一偏振分光元件、所述第二偏振分光元件、所述第二偏振态转换反射组件和所述第二偏振分光元件后输出；

所述第一信号光和所述第二信号光为偏振态正交的线偏振光，且在所述第一偏振分光元件上的入射点相同。

根据本发明提供的一种干涉仪镜组，还包括：光程扩展组件，所述光程扩展组件包括扩展反射元件、第三偏振分光元件和第四偏振分光元件；

所述第一信号光经所述第二偏振分光元件输出的光束入射至所述扩展反射元件后得到第一反射光，所述第一反射光依次经所述第三偏振分光元件和所述目标偏振态转换元件后入射至所述目标反射元件上，并经所述目标反射元件反射后依次经所述目标偏振态转换元件、所述第三偏振分光元件、所述第四偏振分光元件、所述目标偏振态转换元件、所述目标反射元件、所述目标偏振态转换元件和所述第四偏振分光元件后输出；

所述第二信号光依次经所述第一偏振分光元件、所述第一偏振态转换反射组件、所述第一偏振分光元件、所述第二偏振分光元件、所述第三偏振分光元件、所述第四偏振分光元件、所述第二偏振态转换反射组件和所述第四偏振分光元件后输出。

根据本发明提供的一种干涉仪镜组，所述光程扩展组件包括多个；

对于除第一个光程扩展组件外的任一光程扩展组件，所述第一信号光经所述任一光程扩展组件的前一光程扩展组件输出的光束，入射至所述任一光程扩展组件，并依次经所述任一光程扩展组件中的扩展反射元件、第三偏振分光元件和所述目标偏振态转换元件后入射至所述目标反射元件上，并经所述目标反射元件反射后依次经所述目标偏振态转换元件、所述第三偏振分光元件、所述第四偏振分光元件、所述目标偏振态转换元件、所述目标反射元件、所述目标偏振态转换元件和所述第四偏振分光元件后输出；

所述第二信号光经所述前一光程扩展组件输出的光束，入射至所述任一光程扩展组件，并依次经所述任一光程扩展组件中的第三偏振分光元件和第四偏振分光元件后入射至所述第二偏振态转换反射组件上，经所述任一光程扩展组件中的第四偏振分光元件后输出。

根据本发明提供的一种干涉仪镜组，所述扩展反射元件为角锥棱镜。

根据本发明提供的一种干涉仪镜组，所述第一偏振分光元件、所述第二偏振分光元件、所述第一偏振态转换反射组件、所述第二偏振态转换反射组件和所述目标偏振态转换元件在光路传输方向上贴合。

根据本发明提供的一种干涉仪镜组，所述第一偏振态转换反射组件和所述第二偏振态转换反射组件均包括偏振态转换元件和反射元件，且偏振态转换元件均位于反射元件的前方。

根据本发明提供的一种干涉仪镜组，所述目标反射元件为衍射光栅；所述第一信号光在所述衍射光栅上的入射角为利特罗角。

根据本发明提供的一种干涉仪镜组，所述第一信号光和所述第二信号光为频率相同的正交线偏振光信号，或者为不同频率的正交线偏振光信号。

根据本发明提供的一种干涉仪镜组，还包括第五偏振分光元件；

第一光束经所述第五偏振分光元件后得到的所述第一信号光入射至所述第一偏振分光元件；

第二光束经所述第五偏振分光元件后得到的所述第二信号光入射至所述第一偏振分光元件；

其中，所述第一光束和所述第二光束均基于激光光源产生。

本发明还提供一种位移测量系统，包括激光光源、处理组件、目标反射元件和上述的干涉仪镜组；

所述激光光源用于产生所述第一光束和所述第二光束，并将所述第一光束和所述第二光束输入至所述干涉仪镜组；

所述处理组件用于接收所述干涉仪镜组的输出信号，并基于所述输出信号确定所述目标反射元件的位移信息。

根据本发明提供的一种位移测量系统，所述干涉仪镜组包括第一干涉仪镜组和第二干涉仪镜组；

所述第一光束经所述第五偏振分光元件后得到的所述第一信号光入射至所述第一干涉仪镜组上，得到的所述第二信号光入射至所述第二干涉仪镜组上；

所述第二光束经所述第五偏振分光元件后得到的所述第一信号光入射至所述第二干涉仪镜组上，得到的所述第二信号光入射至所述第一干涉仪镜组上。

本发明提供的干涉仪镜组及位移测量系统，干涉仪镜组包括第一偏振分光元件、第二偏振分光元件、第一偏振态转换反射组件、第二偏振态转换反射组件和目标偏振态转换元件，第一信号光借助于第一偏振分光元件和第二偏振分光元件可以实现两次入射至目标反射元件并反射后输出，第二信号光借助于第一偏振态转换反射组件和第二偏振态转换反射组件可以实现两次反射后输出，可以实现4光学细分数的干涉仪，进而提升干涉仪的分辨率。以目标反射元件的垂直方向为干涉仪镜组的垂向方向，干涉仪镜组还可以增大第一信号光在干涉仪镜组和目标反射元件之间的垂向行程，进而有助于实现垂向的位移测量范围，可以满足光刻机工件台的位移测量范围的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的干涉仪镜组的结构示意图之一；

图2是本发明提供的干涉仪镜组的结构示意图之二；

图3是本发明提供的干涉仪镜组的结构示意图之三；

图4是本发明提供的干涉仪镜组的结构示意图之四；

图5是本发明提供的位移测量系统的结构示意图之一；

图6是本发明提供的位移测量系统的结构示意图之二。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

由于现有技术中光栅干涉仪存在垂向行程小、角度偏转的容许量小、光学细分数小、分辨率较低等缺陷，影响光栅干涉仪的后续应用。为此，本发明实施例中提供了一种可以应用于位移测量系统的干涉仪镜组，该干涉仪镜组具有垂向行程大、角度偏转的容许量大、光学细分数多、分辨率高等的优势，既可以是光栅干涉仪镜组，也可以是其他干涉仪镜组，使位移测量系统的结构更加灵活。

图1为本发明实施例中提供的一种干涉仪镜组的流程示意图，如图1所示，该干涉仪镜组包括：第一偏振分光元件1、第二偏振分光元件2、第一偏振态转换反射组件3、第二偏振态转换反射组件4和目标偏振态转换元件5；其中，

第一信号光依次经第一偏振分光元件1和目标偏振态转换元件5后入射至目标反射元件6上，并经目标反射元件6和目标偏振态转换元件5入射至第一偏振分光元件1，依次经第一偏振分光元件1、第二偏振分光元件2、目标偏振态转换元件5、目标反射元件6、目标偏振态转换元件5和第二偏振分光元件2后输出；

第二信号光依次经第一偏振分光元件1、第一偏振态转换反射组件3、第一偏振分光元件1、第二偏振分光元件2、第二偏振态转换反射组件4和第二偏振分光元件2后输出；

第一信号光和第二信号光为偏振态正交的线偏振光，且在第一偏振分光元件1上的入射点相同。

具体地，本发明实施例中提供的干涉仪镜组，可以包括第一偏振分光元件1、第二偏振分光元件2、第一偏振态转换反射组件3、第二偏振态转换反射组件4和目标偏振态转换元件5。第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2均可以是具有偏振分光功能的光学元件，例如可以是偏振分光棱镜、偏振分束器等。第一偏振分光元件1与第二偏振分光元件2的分光面可以垂直。

第一偏振态转换反射组件3与第二偏振态转换反射组件4均可以是具有偏振态转换功能的光学元件和反射功能的光学元件的组合，用以接收一种偏振态的光并输出另一种偏振态的光，例如可以接收p光输出s光。目标偏振态转换元件5可以是具有偏振转换功能的光学元件，例如可以是四分之一波片，将线偏振光转换为圆偏振光或椭圆偏振光，也可以将圆偏振光或椭圆偏振光转换为线偏振光。目标反射元件6可以是具有反射功能的光学元件，例如可以是反射镜。

一方面，第一信号光f1入射至第一偏振分光元件1，并依次经第一偏振分光元件1、目标偏振态转换元件5、目标反射元件6、目标偏振态转换元件5、第一偏振分光元件1、第二偏振分光元件2、目标偏振态转换元件5、目标反射元件6、目标偏振态转换元件5和第二偏振分光元件2后输出。此处，第一信号光可以是线偏振光，例如可以是p光。第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2均可以透射p光，并反射s光。目标偏振态转换元件5可以将两次经过的第一信号光由一种偏振态转换为另一种偏振态，目标反射元件6可以将第一信号光的传输方向偏折180度，以使过第一信号光可以两次经过目标偏振态转换元件5实现不同偏振态的转换。

以目标反射元件6作为可移动对象，则以光束是否入射至目标反射元件6上为标准，第一信号光对应的输出可以标记为测量光信号。此时，第一信号光的传输路径可以构成干涉仪镜组的测量臂。

由于第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2的存在，使测量光信号可以为第一信号光通过两次入射至目标反射元件6并反射得到，该干涉仪镜组可以具有4光学细分数，分辨率为λ/4。

另一方面，第二信号光f2入射至第一偏振分光元件1，并依次经第一偏振分光元件1、第一偏振态转换反射组件3、第一偏振分光元件1、第二偏振分光元件2、第二偏振态转换反射组件4和第二偏振分光元件2输出。为将第一信号光与第二信号光分离，第二信号光的偏振态与第一信号光的偏振态可以正交，此处第二信号光为s光。

由于第一偏振态转换反射组件3、第二偏振态转换反射组件4的存在，可以使第二信号光经两次反射后输出。第二信号光可以标记为参考光信号。此时，第二信号光的传输路径构成干涉仪镜组的参考臂。

图1中，以实线箭头表示第一信号光f1的传输方向和传输路径，以虚线箭头表示第二信号光f2的传输方向和传输路径。

由于第一信号光和第二信号光在第一偏振分光元件1上的入射点相同，则第一信号光对应的输出与第二信号光对应的输出在第二偏振分光元件2上的出射点也相同。

此后，参考光信号与测量光信号可以混合产生干涉信号，该干涉信号可以入射至鉴相器确定干涉信号的相位信息，进而通过该相位信息确定出目标反射元件6的位移，实现对目标反射元件6的位移测量。

本发明实施例中提供的干涉仪镜组，包括第一偏振分光元件、第二偏振分光元件、第一偏振态转换反射组件、第二偏振态转换反射组件和目标偏振态转换元件，第一信号光借助于第一偏振分光元件和第二偏振分光元件可以实现两次入射至目标反射元件并反射后输出，第二信号光借助于第一偏振态转换反射组件和第二偏振态转换反射组件可以实现两次反射后输出，可以实现4光学细分数的干涉仪，进而提升干涉仪的分辨率。以目标反射元件的垂直方向为干涉仪镜组的垂向方向，干涉仪镜组还可以增大第一信号光在干涉仪镜组与目标反射元件之间的垂向行程，进而有助于实现垂向的位移测量范围，可以满足光刻机工件台的位移测量范围的需求。

在上述实施例的基础上，所述第一偏振态转换反射组件和所述第二偏振态转换反射组件均包括偏振态转换元件和反射元件，且偏振态转换元件均位于反射元件的前方。

具体地，如图2所示，在图1的基础上，第一偏振态转换反射组件3可以包括第一偏振态转换元件31和第一反射元件32，第二偏振态转换反射组件4可以包括第二偏振态转换元件41和第二反射元件42。第一偏振态转换元件31和第二偏振态转换元件41均可以是四分之一波片，第一反射元件32和第二反射元件42均可以是反射镜。

第一信号光进入第一偏振分光元件1后直接透过第一偏振分光元件1射出，经过目标偏振态转换元件5后形成右旋或左旋圆偏振光，并入射至目标反射元件6上，在目标反射元件6反射后再次经过目标偏振态转换元件5转换为s光，该s光进入第一偏振分光元件1后反射至第二偏振分光元件2，在此过程中产生光束细分。在第二偏振分光元件2中，s光继续反射通过目标偏振态转换元件5入射至目标反射元件6上，经目标反射元件6反射后通过目标偏振态转换元件5转换为p光，p光则直接从第二偏振分光元件2透射输出。

第二信号光进入第一偏振分光元件1后向右反射，经过第一偏振态转换元件31后形成左旋或右旋圆偏振光，之后经过第一反射元件32反射后再次经过第一偏振态转换元件31转化为p光，进而直接透射经过第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2后入射至第二偏振态转换元件41，由p光变为左旋或右旋圆偏振光，并入射至第二反射元件42。经过第二反射元件42反射后，再次经过第二偏振态转换元件41转化为s光，在第二偏振分光元件2中反射输出。

本发明实施例中，通过四分之一波片与反射元件的组合，可以实现p光和s光的偏振态转换功能，结构简单，便于实现。

如图3所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的干涉仪镜组，还包括：光程扩展组件，光程扩展组件包括扩展反射元件7、第三偏振分光元件8和第四偏振分光元件9；

第一信号光经第二偏振分光元件2输出的光束入射至扩展反射元件7后得到第一反射光，第一反射光依次经第三偏振分光元件8和目标偏振态转换元件5后入射至目标反射元件6上，并经目标反射元件6反射后依次经目标偏振态转换元件5、第三偏振分光元件8、第四偏振分光元件9、目标偏振态转换元件5、目标反射元件6、目标偏振态转换元件5和第四偏振分光元件9后输出。

第二信号光依次经第一偏振分光元件1、第一偏振态转换反射组件3、第一偏振分光元件1、第二偏振分光元件2、第三偏振分光元件8、第四偏振分光元件9、第二偏振态转换反射组件4和第四偏振分光元件9后输出。

具体地，本发明实施例中提供的干涉仪镜组，还可以包括光程扩展组件，该光程扩展组件可以包括扩展反射元件7、第三偏振分光元件8和第四偏振分光元件9。扩展反射元件7可以是具有反射功能的光学元件，例如可以是回射器。第三偏振分光元件8和第四偏振分光元件9可以与第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2相同，均可以透射p光，并反射s光。

第一信号光经第一偏振分光元件1透射至目标偏振态转换元件5，由目标偏振态转换元件5将p光转换为右旋或左旋圆偏振光，并入射至目标反射元件6上，经目标反射元件6反射至目标偏振态转换元件5，由目标偏振态转换元件5将右旋或左旋圆偏振光转换为s光并入射至第一偏振分光元件1上，经第一偏振分光元件1反射至第二偏振分光元件2上继续反射至目标偏振态转换元件5，由目标偏振态转换元件5将s光转换为右旋或左旋圆偏振光，并入射至目标反射元件6进行反射，反射光到达目标偏振态转换元件5，由目标偏振态转换元件5将右旋或左旋圆偏振光转换为p光并入射至第二偏振分光元件2上，经第二偏振分光元件2透射输出。

经第二偏振分光元件2透射输出的光束入射至扩展反射元件7后得到第一反射光，第一反射光为p光，经第三偏振分光元件8透射至目标偏振态转换元件5，由目标偏振态转换元件5将p光转换为右旋或左旋圆偏振光，并入射至目标反射元件6上，经目标反射元件6反射至目标偏振态转换元件5，由目标偏振态转换元件5将右旋或左旋圆偏振光转换为s光并入射至第三偏振分光元件8上，经第三偏振分光元件8反射至第四偏振分光元件9上继续反射至目标偏振态转换元件5，由目标偏振态转换元件5将s光转换为右旋或左旋圆偏振光，并入射至目标反射元件6进行反射，反射光到达目标偏振态转换元件5，由目标偏振态转换元件5将右旋或左旋圆偏振光转换为p光并入射至第四偏振分光元件9上，经第四偏振分光元件9透射输出。

第二信号光依次经第一偏振分光元件1、第一偏振态转换反射组件3中的第一偏振态转换元件31、第一反射元件32、第一偏振态转换元件31、第一偏振分光元件1、第二偏振分光元件2、第三偏振分光元件8、第四偏振分光元件9、第二偏振态转换反射组件4中的第二偏振态转换元件41、第二反射元件42、第二偏振态转换元件41和第四偏振分光元件9后输出。

由于光程扩展组件的引入，可以使测量光信号由第一信号光通过四次入射至目标反射元件6并反射后输出得到，该干涉仪镜组可以具有8光学细分数，分辨率为λ/8。

本发明实施例中，扩展反射元件的引入，可以增大第一信号光的垂向行程，进一步增加干涉仪镜组的光学细分数，提升干涉仪镜组的分辨率。而且，由于目标反射元件在发生位移时不会引起测量臂与参考臂的夹角，可容许更大的角度偏转，使角度偏转的容许量变大。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的干涉仪镜组，所述光程扩展组件包括多个；

对于除第一个光程扩展组件外的任一光程扩展组件，所述第一信号光经所述任一光程扩展组件的前一光程扩展组件输出的光束，入射至所述任一光程扩展组件，并依次经所述任一光程扩展组件中的扩展反射元件、第三偏振分光元件和所述目标偏振态转换元件后入射至所述目标反射元件上，并经所述目标反射元件反射后依次经所述目标偏振态转换元件、所述第三偏振分光元件、所述第四偏振分光元件、所述目标偏振态转换元件、所述目标反射元件、所述目标偏振态转换元件和所述第四偏振分光元件后输出；

所述第二信号光经所述前一光程扩展组件输出的光束，入射至所述任一光程扩展组件，并依次经所述任一光程扩展组件中的第三偏振分光元件和第四偏振分光元件后入射至所述第二偏振态转换反射组件上，经所述任一光程扩展组件中的第四偏振分光元件后输出。

具体地，干涉仪镜组还可以包括多个光程扩展组件，此时第一信号光先后四次入射至目标反射元件后经第二偏振分光元件2输出的光束并不直接作为测量光信号，而是继续输入至下一个光程扩展组件。其中，前一光程扩展组件是指与第一偏振分光元件距离近的光程扩展组件，当前光程扩展组件是指与前一光程扩展组件相邻且与第一偏振分光元件距离远的光程扩展组件。

每增加一个光程扩展组件，可以使第一信号光入射至目标反射元件并反射的次数增加2，若光程扩展组件共有2个，则第一信号光可以6次入射至目标反射元件并反射，则该干涉仪镜组可以具有12光学细分数，分辨率为λ/12。由此，干涉仪镜组中光程扩展组件的数量N决定干涉仪镜组的光学细分数a，具体关系为a＝4(N+1)。

第二信号光经任一光程扩展组件的前一光程扩展组件输出的光束，入射至任一光程扩展组件，并依次经任一光程扩展组件中的第三偏振分光元件和第四偏振分光元件后入射至第二偏振态转换反射组件上，经任一光程扩展组件中的第四偏振分光元件后输出。

本发明实施例中，干涉仪镜组具有良好的纵向(即第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2所在的直线方向)可扩展性，通过配置多个光程扩展组件，可以进一步扩展第一光信号的光程，实现干涉仪镜组的光学细分数成倍数增加，进一步提高干涉仪镜组的分辨率。通过合理利用光程扩展组件，在提高分辨率的同时节省空间，提高了干涉仪镜组的利用率。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的干涉仪镜组，所述扩展反射元件为角锥棱镜。

具体地，如图3所示，本发明实施例中，干涉仪镜组采用的扩展反射元件7均为角锥棱镜，可以实现良好的回射性能。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的干涉仪镜组，第一偏振分光元件1、第二偏振分光元件2、第一偏振态转换反射组件3、第二偏振态转换反射组件4和目标偏振态转换元件5在光路传输方向上贴合。

以图2为例，第一偏振分光元件1的右侧面与第一偏振态转换元件31的左侧面贴合，第一偏振态转换元件31的右侧面与第一反射元件32的左侧面贴合。第一偏振分光元件1的左侧面与第二偏振分光元件2的右侧面贴合，第二偏振分光元件2的左侧面与第二偏振态转换元件41的右侧面贴合，第二偏振态转换元件41的左侧面和第二反射元件42的右侧面贴合。此处，第一反射元件32的左侧面即为反射面，第二反射元件42的右侧面为反射面。

目标偏振态转换元件5的上表面分别与第一偏振分光元件1和第二偏振分光元件2的下表面贴合。

以图3为例，第一偏振分光元件1的右侧面与第一偏振态转换元件31的左侧面贴合，第一偏振态转换元件31的右侧面与第一反射元件32的左侧面贴合。第一偏振分光元件1的左侧面与第二偏振分光元件2的右侧面贴合，第二偏振分光元件2的左侧面与第三偏振分光元件8的右侧面贴合，第三偏振分光元件8的左侧面与第四偏振分光元件9的右侧面贴合，第四偏振分光元件9的右侧面与第二偏振态转换元件41的右侧面贴合，第二偏振态转换元件41的左侧面和第二反射元件42的右侧面贴合。

本发明实施例中，通过将各元件贴合设置，可以使干涉仪组件的结构更加紧凑，便于干涉仪镜组的小型化和集成化设计。

在上述实施例的基础上，所述目标反射元件为衍射光栅；

所述第一信号光在所述衍射光栅上的入射角为利特罗角。

具体地，目标反射元件6可以是衍射光栅，该衍射光栅可以根据实际情况设置光栅的占空比、光栅周期等相关参数。

由于目标反射元件6为衍射光栅，则此时干涉仪镜组为光栅干涉仪镜组，实现光栅干涉仪的功能。并且，由于第一信号光在衍射光栅上的入射角为利特罗角，则此时第一信号光在目标反射元件6上发生衍射，且产生的衍射光的出射方向与第一信号光的入射方向相反，此时目标反射元件6起到反射功能，如此便于通过衍射光栅的结构设计提高第一信号光的能量利用率，还可以实现对衍射光栅在X向和Z向位移的同时测量。其中，X向为衍射光栅的矢量方向，Z向为垂直于衍射光栅所在平面的方向。

可以理解的是，第一信号光在衍射光栅上的入射角为利特罗角，是指无论第一信号光是p光还是s光，只要入射至衍射光栅上，均以利特罗角入射。

在衍射光栅存在转角误差时，测量光信号和参考光信号能够始终平行干涉，不会有干涉条纹的产生，相较于传统的光栅干涉仪，该光栅干涉仪角度偏转的容许量更大。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的干涉仪镜组，所述第一信号光和所述第二信号光为频率相同的正交线偏振光信号，或者为不同频率的正交线偏振光信号。

具体地，若第一信号光和第二信号光为频率相同的正交线偏振光信号，则说明二者频率相同，偏振态正交，如此该干涉仪镜组为零差干涉仪镜组，实现零差干涉仪的功能。并且，该零差干涉仪具有较大光学细分数和较高分辨率。

如图4所示，与图2的区别仅在于，图2中的第一信号光和第二信号光为不同频率的正交偏振光信号，分别入射至第一偏振分光元件1上，而图4中的第一信号光和第二信号光为频率相同的一路正交线偏振光信号，入射至第一偏振分光元件1，并利用第一偏振分光元件1将第一信号光和第二信号光分离，使第一信号光透射，第二信号光反射。由此可知，图4中第一偏振分束元件1的分光面之前的实线表示频率相同的一路正交线偏振光信号，分光面之后的实线箭头表示第一信号光的传输路径和传输方向，虚线箭头表示第二信号光的传输路径和传输方向。

此外，图4中在第二偏振分束元件2的输出光路上还包括第三偏振态转换元件10，以便于第一信号光对应的输出与第二信号光对应的输出进行干涉，产生干涉信号，并经过第三偏振态转换元件10后，进入一个四通道或三通道的鉴相模块，确定干涉信号的相位信息，进而确定目标反射元件的位移信息。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的干涉仪镜组，还包括第五偏振分光元件；

第一光束经第五偏振分光元件后得到的第一信号光入射至第一偏振分光元件；

第二光束经第五偏振分光元件后得到的第二信号光入射至第一偏振分光元件；

其中，所述第一光束和所述第二光束均基于激光光源产生。

具体地，第一光束和第二光束均可以通过激光光源产生，第五偏振分光元件可以是偏振分光棱镜。

第一光束和第二光束可以分别从第五偏振分光元件的两个相互垂直的表面垂直入射，经过第五偏振分光元件均可以得到第一信号光和第二信号光，此处可以仅利用第一光束经过第五偏振分光元件后得到的第一信号光，并使其入射至第一偏振分光元件；可以仅利用第二光束经过第五偏振分光元件后得到的第二信号光，并使其入射至第一偏振分光元件。

本发明实施例中，引入第五偏振分光元件，如此可以保证第一信号光和第二信号光在第一偏振分光元件的同一位置入射。

如图5所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种位移测量系统，包括：激光光源11、处理组件12、目标反射元件6和上述各实施例中提供的干涉仪镜组13；

激光光源11用于产生第一光束和第二光束，并将第一光束和第二光束输入至干涉仪镜组13；

处理组件12用于接收干涉仪镜组13的输出信号，并基于所述输出信号确定所述目标反射元件的位移信息。

具体地，激光光源11可以是激光器，用以发出第一光束和第二光束，第一光束和第二光束可以均为混合线偏振光，二者频率可以相同，也可以不同，可以是一路光，也可以是两路光，此处不作具体限定。图5中，目标反射元件6为衍射光栅。

通过将第一光束和第二光束入射至干涉仪镜组13，由干涉仪镜组13中的第五偏振分光元件接收并产生第一信号光和第二信号光，第一信号光和第二信号光入射至第一偏振分光元件并在干涉仪镜组13内传输，可以得到测量光信号和参考光信号的干涉信号，即干涉仪镜组13的输出信号，并通过处理组件12接收该干涉信号，确定目标反射元件的位移信息。

此处，处理组件12可以包括鉴相器、位移计算模块等。该鉴相器可以是四通道或三通道。

本发明实施例中提供的位移测量系统，由于干涉仪镜组的存在，可以使分辨率更高，测量精度更高。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的位移测量系统，所述干涉仪镜组包括第一干涉仪镜组和第二干涉仪镜组；

所述第一光束经所述第五偏振分光元件后得到的所述第一信号光和所述第二信号光分别入射至所述第一干涉仪镜组和所述第二干涉仪镜组上；

所述第二光束经所述第五偏振分光元件后得到的所述第一信号光和所述第二信号光分别入射至所述第二干涉仪镜组和所述第一干涉仪镜组上。

具体地，如图6所示，位移测量系统中可以包括两个干涉仪镜组，分别为第一个干涉仪镜组131和第二个干涉仪镜组132。第一个干涉仪镜组131和第二个干涉仪镜组132以轴对称的方式分布。此时，第一个干涉仪镜组131和第二个干涉仪镜组132可以共用第五偏振分光元件14，第一光束和第二光束经第五偏振分光元14后各自产生的第一信号光和第二信号光均会被利用。

同样以目标反射元件6是衍射光栅为例，第一光束和第二光束分别在第五偏振分光元件14的两个相互垂直的表面垂直入射。其中第一光束经第五偏振分光元件14透射得到p光，反射得到s光。第二光束经第五偏振分光元件14透射得到p光，反射得到s光。第一光束经第五偏振分光元件14得到的p光作为一路第一信号光，第二光束经第五偏振分光元件14得到的s光作为一路第二信号光，二者共同进入第一个干涉仪镜组131。

第一信号光通过第一个干涉仪镜组131多次入射至目标反射元件6并反射进入第一个干涉仪镜组131后作为一路测量光信号输出，第二信号光通过第一个干涉仪镜组131后作为一路参考光信号输出。

第一光束经第五偏振分光元件14得到的s光作为另一路第二信号光，第二光束经第五偏振分光元件14得到的p光作为另一路第一信号光，二者共同进入第二个干涉仪镜组132。

进而，第一信号光通过第二个干涉仪镜组132多次入射至目标反射元件6并反射进入第二个干涉仪镜组132后作为另一路测量光信号输出，第二信号光通过第二个干涉仪镜组132后作为另一路参考光信号输出。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种干涉仪镜组，其特征在于，包括：第一偏振分光元件、第二偏振分光元件、第一偏振态转换反射组件、第二偏振态转换反射组件和目标偏振态转换元件；其中，

第一信号光依次经所述第一偏振分光元件和所述目标偏振态转换元件后入射至目标反射元件上，并经所述目标反射元件和所述目标偏振态转换元件入射至所述第一偏振分光元件，依次经所述第一偏振分光元件、所述第二偏振分光元件、所述目标偏振态转换元件、所述目标反射元件、所述目标偏振态转换元件和所述第二偏振分光元件后输出；

第二信号光依次经所述第一偏振分光元件、所述第一偏振态转换反射组件、所述第一偏振分光元件、所述第二偏振分光元件、所述第二偏振态转换反射组件和所述第二偏振分光元件后输出；

所述第一信号光和所述第二信号光为偏振态正交的线偏振光，且在所述第一偏振分光元件上的入射点相同。

2.根据权利要求1所述的干涉仪镜组，其特征在于，还包括：光程扩展组件，所述光程扩展组件包括扩展反射元件、第三偏振分光元件和第四偏振分光元件；

所述第一信号光经所述第二偏振分光元件输出的光束入射至所述扩展反射元件后得到第一反射光，所述第一反射光依次经所述第三偏振分光元件和所述目标偏振态转换元件后入射至所述目标反射元件上，并经所述目标反射元件反射后依次经所述目标偏振态转换元件、所述第三偏振分光元件、所述第四偏振分光元件、所述目标偏振态转换元件、所述目标反射元件、所述目标偏振态转换元件和所述第四偏振分光元件后输出；

所述第二信号光依次经所述第一偏振分光元件、所述第一偏振态转换反射组件、所述第一偏振分光元件、所述第二偏振分光元件、所述第三偏振分光元件、所述第四偏振分光元件、所述第二偏振态转换反射组件和所述第四偏振分光元件后输出。

3.根据权利要求2所述的干涉仪镜组，其特征在于，所述光程扩展组件包括多个；

对于除第一个光程扩展组件外的任一光程扩展组件，所述第一信号光经所述任一光程扩展组件的前一光程扩展组件输出的光束，入射至所述任一光程扩展组件，并依次经所述任一光程扩展组件中的扩展反射元件、第三偏振分光元件和所述目标偏振态转换元件后入射至所述目标反射元件上，并经所述目标反射元件反射后依次经所述目标偏振态转换元件、所述第三偏振分光元件、所述第四偏振分光元件、所述目标偏振态转换元件、所述目标反射元件、所述目标偏振态转换元件和所述第四偏振分光元件后输出；

所述第二信号光经所述前一光程扩展组件输出的光束，入射至所述任一光程扩展组件，并依次经所述任一光程扩展组件中的第三偏振分光元件和第四偏振分光元件后入射至所述第二偏振态转换反射组件上，经所述任一光程扩展组件中的第四偏振分光元件后输出。

4.根据权利要求2所述的干涉仪镜组，其特征在于，所述扩展反射元件为角锥棱镜。

5.根据权利要求1所述的干涉仪镜组，其特征在于，所述第一偏振分光元件、所述第二偏振分光元件、所述第一偏振态转换反射组件、所述第二偏振态转换反射组件和所述目标偏振态转换元件在光路传输方向上贴合。

6.根据权利要求1所述的干涉仪镜组，其特征在于，所述第一偏振态转换反射组件和所述第二偏振态转换反射组件均包括偏振态转换元件和反射元件，且偏振态转换元件均位于反射元件的前方。

7.根据权利要求1所述的干涉仪镜组，其特征在于，所述目标反射元件为衍射光栅；

所述第一信号光在所述衍射光栅上的入射角为利特罗角。

8.根据权利要求1所述的干涉仪镜组，其特征在于，所述第一信号光和所述第二信号光为频率相同的正交线偏振光信号，或者为不同频率的正交线偏振光信号。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的干涉仪镜组，其特征在于，还包括第五偏振分光元件；

第一光束经所述第五偏振分光元件后得到的所述第一信号光入射至所述第一偏振分光元件；

第二光束经所述第五偏振分光元件后得到的所述第二信号光入射至所述第一偏振分光元件；

其中，所述第一光束和所述第二光束均基于激光光源产生。

10.一种位移测量系统，包括激光光源、处理组件、目标反射元件和如权利要求9中所述的干涉仪镜组；

所述激光光源用于产生所述第一光束和所述第二光束，并将所述第一光束和所述第二光束输入至所述干涉仪镜组；

所述处理组件用于接收所述干涉仪镜组的输出信号，并基于所述输出信号确定所述目标反射元件的位移信息。

11.根据权利要求10所述的位移测量系统，其特征在于，所述干涉仪镜组包括第一干涉仪镜组和第二干涉仪镜组；

所述第一光束经所述第五偏振分光元件后得到的所述第一信号光入射至所述第一干涉仪镜组上，得到的所述第二信号光入射至所述第二干涉仪镜组上；

所述第二光束经所述第五偏振分光元件后得到的所述第一信号光入射至所述第二干涉仪镜组上，得到的所述第二信号光入射至所述第一干涉仪镜组上。