CN114778078A - 高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置 - Google Patents

高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114778078A
CN114778078A CN202210275149.5A CN202210275149A CN114778078A CN 114778078 A CN114778078 A CN 114778078A CN 202210275149 A CN202210275149 A CN 202210275149A CN 114778078 A CN114778078 A CN 114778078A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gaussian
photoelectric detector
spot
max
control card
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210275149.5A
Other languages
English (en)
Inventor
李大伟
李笑玲
胡晨璐
刘晓凤
赵元安
邵建达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CN202210275149.5A priority Critical patent/CN114778078A/zh
Publication of CN114778078A publication Critical patent/CN114778078A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0207—Details of measuring devices

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供了一种高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置，光电探测器前加装小口径光阑，用以细分测量的光束，X‑Z二维运动平台由步进电机带动，步进电机由运动控制卡控制。让光阑靠近光斑中心，设定步进电机的运动起点、方向及步长；每移动一个步长后光电探测器测量一次光强信号，记录位置坐标及对应的光电探测器信号，对得到的信号强度与坐标数据做出高斯拟合曲线，得到此方向高斯光斑峰值强度对应的坐标xmax；固定x方向坐标xmax，对z方向进行数据采集，将得到的数据拟合之后即获得该方向上的峰值坐标zmax；将光电探测器移至(xmax，zmax)即为高斯光斑的峰值位置。本发明可高效准确地获取高斯光斑峰值位置坐标。

Description

高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置
技术领域
本发明涉及表面热透镜测量领域，具体地，涉及一种高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置。
背景技术
表面热透镜技术是一种热波探测手段，广泛用于光学薄膜弱吸收测量、体内缺陷探测等方面，其采用大于泵浦光斑的高斯形探测光进行测量，稳定性好且调节方便，因此受到人们的广泛青睐。
表面热透镜技术的原理为强度调制的泵浦激光会聚入射到薄膜样品表面，薄膜吸收热量并扩散到基底引起薄膜系统的温升，温升导致热膨胀从而形成“表面热包”，这种现象也被称为“光热形变”。热包的存在进一步调制探测光束的强度分布变化，即光热信号。实际测量时，探测激光需与泵浦激光重合，且薄膜样品上探测激光的光斑要相当于或大于泵浦激光的光斑，为了尽量增大信号、提高测量的极限，泵浦激光需要经透镜聚焦后辐照于薄膜样品表面，因此通常泵浦激光光斑尺寸较小；同样为了增大信号，探测激光与泵浦激光的峰值位置应尽量重合，让热包处于探测光斑的中心区域；相应的，光电探测器需要找到探测激光的峰值位置才能保证测量的准确度。
在目前的测试方法中，有些需要将光斑整个的强度信息采集出来，然后通过后期数据处理来找到光斑中心的位置，虽然精度较高，但效率较低。有些则是通过手动调节探测器位置来找到高斯光斑的峰值位置，这种方法操作方式复杂、效率低，无法保证测量精确度，同时因为不同操作人员的差异引入人为误差，而即使同一操作人员也因状态不同也使得测量结果重复性差。基于以上问题，寻找一种能够自动调节光电探测器的位置，高效准确地获取高斯光斑峰值位置坐标的方法和装置显得尤为重要。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置，该方法和装置可以高效准确地获取高斯光斑峰值位置坐标并可将光电探测器准确定位至高斯光斑峰值位置。
根据本发明的一个方面，提供了一种高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法，包括：
将X-Z二维运动平台、运动控制卡和计算机依次设置在泵浦光和探测光经过待测样品的反射探测光路上；将光阑安装在光电探测器前端；将光电探测器安装在X-Z二维运动平台上；
已知探测光斑直径为D，依据光斑位置粗调节光电探测器位置，使光斑中心大致位于光电探测器前端的光阑中心处，此时光电探测器的位置坐标记为(x0，z0)；
固定z轴方向位置不变，由计算机设定运动控制卡沿x轴方向由(x0-D/2)以D/20的步长移动到(x0+D/2)，并且每移动一个步长，光电探测器输出一个光强信号，由计算机记录信号强度及对应的坐标信息；
计算机将记录到的所述信号强度与所述对应的坐标信息拟合出高斯曲线，并将所述高斯曲线峰值对应的x轴坐标xmax设定给运动控制卡，运动控制卡控制光电探测器沿x轴方向移至(xmax，z0)；
固定x轴方向位置不变，由计算机设定运动控制卡沿z轴方向由(zo-D/2)以D/20的步长移动到(z0+D/2)，并且每移动一个步长，光电探测器输出一个光强信号，由计算机记录信号强度及对应的坐标信息；
计算机将记录到的所述信号强度与所述对应的坐标信息拟合出高斯曲线，并将所述高斯曲线峰值对应的z轴坐标zmax设定给运动控制卡，运动控制卡控制光电探测器沿z轴方向移至(xmax，zmax)；(xmax，zmax)即为高斯光斑空间强度峰值位置坐标；
依据光斑尺寸以及实际准确度需求，改变步长多次重复、迭代以上过程，完成高斯光斑空间强度峰值自动化寻址。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于实施上述的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址装置，包括：泵浦光路装置、探测光路装置、X-Z二维运动平台、光电探测器、光阑、第一步进电机、第二步进电机、运动控制卡以及计算机；其中：
所述泵浦光路装置输出的泵浦光垂直照射待测样品；
所述探测光路装置输出的探测光以接近垂直的角度照射待测样品；
所述X-Z二维运动平台、运动控制卡和计算机依次设置在经过待测样品的反射探测光路上；
所述光阑安装在所述光电探测器前端；
所述光电探测器安装在所述X-Z二维运动平台上；
所述第一步进电机和所述第二步进电机与所述X-Z二维运动平台驱动连接，并与所述运动控制卡控制连接；
所述运动控制卡的输入端和所述光电探测器的输出端分别与计算机相连。
可选地，所述第一步进电机和所述第二步进电机带动所述X-Z二维运动平台在X轴和Z轴两个方向以设定的步长自动进行移动。
可选地，所述光阑用于对所述反射探测光进行筛选。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：
本发明提供的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置，可实现高斯光斑空间强度峰值坐标计算，并自动将探测器调节至峰值位置。
本发明提供的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置，装置结构简单，在已有的表面热透镜技术测量装置的基础上进行改进，通过添加步进电机和运动控制卡，即可实现相应功能。
本发明提供的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置，初始调节要求低，寻址操作可多次迭代、重复，依据实际需求平衡寻址效率与准确度，最终实现高斯光斑峰值坐标的测量，并将探测器自动定位至峰值坐标。
本发明提供的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置，能够自动化调节光电探测器位置从而高效准确地获取高斯光斑峰值位置坐标并将光电探测器移至峰值位置。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例中高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法的工作流程图。
图2为本发明一实施例中高斯光斑空间强度峰值自动化寻址装置的结构示意图。
图3为本发明一优选实施例中高斯光斑空间强度峰值自动化寻址的原理示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明一实施例提供的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法的工作流程图。
如图1所示，该实施例提供的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法，可以包括如下步骤：
S000，将X-Z二维运动平台4、运动控制卡9和计算机10依次设置在泵浦光和探测光经过待测样品3的反射探测光路上；将光阑7安装在光电探测器8前端；将光电探测器8安装在X-Z二维运动平台4上；
S100，已知探测光斑直径为D，依据光斑位置粗略调节光电探测器8位置，使光斑中心大致位于光电探测器前小口径光阑7中心处，此时光电探测器8的位置坐标记为(x0，z0)；
S200，固定z方向位置不变，由计算机10设定运动控制卡9沿x方向由(x0-D/2)以D/20的步长移动到(x0+D/2)，并且每移动一个步长，光电探测器8输出一个光强信号，由计算机10记录信号强度及对应的坐标信息；
S300，计算机10将记录到的信号强度与对应的坐标信息拟合出高斯曲线，并将高斯曲线峰值对应的x坐标xmax设定给运动控制卡9，运动控制卡9控制光电探测器8沿x轴方向移至(xmax，z0)；
S400，固定x方向位置不变，由计算机10设定运动控制卡9沿z方向由(z0-D/2)以D/20的步长移动到(z0+D/2)，并且每移动一个步长，光电探测器8输出一个光强信号，由计算机10记录信号强度及对应的坐标信息；
S500，计算机10将记录到的信号强度与对应的坐标信息拟合出高斯曲线，并将高斯曲线峰值对应的z坐标zmax设定给运动控制卡9，运动控制卡9控制光电探测器8沿z轴方向移至(xmax，zmax)。(xmax，zmax)即为高斯光斑空间强度峰值位置坐标；
S600，将(xmax，zmax)作为(x0，z0)，多次改变步长，并重复一遍上述步骤，提高高斯光斑空间强度峰值寻址精确度。在一具体应用实例中，步长可以改变为D/30。
图2为本发明一实施例提供的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址装置的结构示意图。该实施例提供的装置用于实施本发明上述实施例提供的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法。
如图2所示，该实施例提供的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址装置，包括泵浦光路装置1、探测光路装置2、X-Z二维运动平台4、光电探测器8、设置于光电探测器前端的小口径光阑7、驱动X-Z二维运动平台运动的第一步进电机5和第二步进电机6、运动控制卡9以及计算机10。
泵浦光路装置1输出的泵浦光垂直照射待测样品3，探测光路装置2输出的探测光以接近垂直的角度照射待测样品3。在经过待测样品3的反射探测光路上，依次设置X-Z二维运动平台4、运动控制卡9和计算机10。加装有小口径光阑7的光电探测器8安装在X-Z二维运动平台4上。X-Z二维运动平台4由第一步进电机5和第二步进电机6驱动，第一步进电机5和第二步进电机6由运动控制卡9控制，运动控制卡9的输入端和光电探测器8的输出端分别与计算机10相连。
在一优选实施例中，第一步进电机5和第二步进电机6带动所述X-Z二维运动平台4在X轴和Z轴两个方向以设定的步长自动进行移动。进而带动光电探测器8在X轴和Z轴两个方向以设定的步长自动进行移动。
本发明上述实施例提供的方法和装置，其工作原理为：
高斯光斑是最为常见的光束强度空间分布形式。高斯光斑通常呈圆形分布，具有圆对称性，中心光强最大，随着偏离中心位置的距离增加，光强以高斯函数减小。根据以上特性，高斯光斑峰值位置两个坐标可以进行变量分离，单独进行。
因此在测量时，只需粗略调节探测器位置，可以划过部分光斑即可，而无需准确经过光斑中心，测试轴线上的光强仍然满足高斯或是准高斯分布，通过高斯拟合可求得对应该向的中心坐标；将探测器固定于该坐标后扫描另一方向的强度分布，即可相对准确的经过光斑中心。
本发明上述实施例提供的方法和装置，光电探测器前需加装小口径光阑，用以细分测量的光束(由于样品上下底面都有可能反射光，因此探测光反射出的光束可能不只一条，因此采用小口径光阑细分出所需的那条反射光束)，X-Z二维运动平台由步进电机带动，步进电机由运动控制卡控制。首先粗略调节探测器位置，让光阑靠近光斑中心，之后设定步进电机的运动起点、方向及步长；运动过程中每移动一个步长后光电探测器测量一次光强信号，并由计算机记录位置坐标及对应的光电探测器信号；待光电探测器完成x方向的数据采集后，对上述得到的信号强度与坐标数据做出高斯拟合曲线，得到此方向高斯光斑峰值强度对应的坐标xmax；之后固定x方向坐标xmax，对z方向进行数据采集，将得到的数据拟合之后即可获得该方向上的峰值坐标zmax；最后将光电探测器移至(xmax，zmax)即为高斯光斑的峰值位置。
经过实验表明，本发明上述实施例提供的方法和装置简单易行，实现自动化调节光电探测器位置，并根据实际光斑尺寸及测量要求设定移动步长，经多次重复以上寻址过程，由此可以高效准确地获取高斯光斑峰值位置坐标。
本发明上述实施例中未尽事宜均为本领域公知技术。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法，其特征在于，包括：
将X-Z二维运动平台(4)、运动控制卡(9)和计算机(10)依次设置在泵浦光和探测光经过待测样品(3)的反射探测光路上；将光阑(7)安装在光电探测器(8)前端；将光电探测器(8)安装在X-Z二维运动平台(4)上；
已知探测光斑直径为D，依据光斑位置粗调节光电探测器(8)位置，使光斑中心大致位于光电探测器(8)前端的光阑(7)中心处，此时光电探测器(8)的位置坐标记为(x0，z0)；
固定z轴方向位置不变，由计算机(10)设定运动控制卡(9)沿x轴方向由(x0-D/2)以D/20的步长移动到(x0+D/2)，并且每移动一个步长，光电探测器(8)输出一个光强信号，由计算机(10)记录信号强度及对应的坐标信息；
计算机(10)将记录到的所述信号强度与所述对应的坐标信息拟合出高斯曲线，并将所述高斯曲线峰值对应的x轴坐标xmax设定给运动控制卡(9)，运动控制卡(9)控制光电探测器(8)沿x轴方向移至(xmax，z0)；
固定x轴方向位置不变，由计算机(10)设定运动控制卡(9)沿z轴方向由(z0-D/2)以D/20的步长移动到(z0+D/2)，并且每移动一个步长，光电探测器(8)输出一个光强信号，由计算机(10)记录信号强度及对应的坐标信息；
计算机(10)将记录到的所述信号强度与所述对应的坐标信息拟合出高斯曲线，并将所述高斯曲线峰值对应的z轴坐标zmax设定给运动控制卡(9)，运动控制卡(9)控制光电探测器(8)沿z轴方向移至(xmax，zmax)；(xmax，zmax)即为高斯光斑空间强度峰值位置坐标；
依据光斑尺寸以及实际准确度需求，改变步长多次重复、迭代以上过程，完成高斯光斑空间强度峰值自动化寻址。
2.一种用于实施权利要求1所述的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址装置，其特征在于，包括：泵浦光路装置(1)、探测光路装置(2)、X-Z二维运动平台(4)、光电探测器(8)、光阑(7)、第一步进电机(5)、第二步进电机(6)、运动控制卡(9)以及计算机(10)；其中：
所述泵浦光路装置(1)输出的泵浦光垂直照射待测样品(3)；
所述探测光路装置(2)输出的探测光以接近垂直的角度照射待测样品(3)；
所述X-Z二维运动平台(4)、运动控制卡(9)和计算机(10)依次设置在经过待测样品(3)的反射探测光路上；
所述光阑(7)安装在所述光电探测器(8)前端；
所述光电探测器(8)安装在所述X-Z二维运动平台(4)上；
所述第一步进电机(5)和所述第二步进电机(6)与所述X-Z二维运动平台(4)驱动连接，并与所述运动控制卡(9)控制连接；
所述运动控制卡(9)的输入端和所述光电探测器(8)的输出端分别与所述计算机(10)相连。
3.根据权利要求2所述的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址装置，其特征在于，所述第一步进电机(5)和所述第二步进电机(6)带动所述X-Z二维运动平台(4)在X轴和Z轴两个方向以设定的步长自动进行移动。
4.根据权利要求2所述的高斯光斑空间强度峰值自动化寻址装置，其特征在于，所述光阑(7)用于对所述反射探测光进行筛选。
CN202210275149.5A 2022-03-18 2022-03-18 高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置 Pending CN114778078A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210275149.5A CN114778078A (zh) 2022-03-18 2022-03-18 高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210275149.5A CN114778078A (zh) 2022-03-18 2022-03-18 高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114778078A true CN114778078A (zh) 2022-07-22

Family

ID=82425722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210275149.5A Pending CN114778078A (zh) 2022-03-18 2022-03-18 高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114778078A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024065898A1 (zh) * 2022-09-27 2024-04-04 江苏铌奥光电科技有限公司 一种基于空间成像系统的高精度光斑测试系统及方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024065898A1 (zh) * 2022-09-27 2024-04-04 江苏铌奥光电科技有限公司 一种基于空间成像系统的高精度光斑测试系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150042980A1 (en) Device for detecting quality level of microelectronic packaging samples using photo-thermal imaging
CN107466366B (zh) 用于光点扫描晶片检验系统的运行时间对准的系统及方法
CN110044293B (zh) 一种三维重构系统及三维重构方法
CN109765295B (zh) 一种混凝土表面微裂缝的激光超声快速检测方法及装置
KR102005621B1 (ko) 면역 크로마토크래피 신속 진단 키트 및 이를 이용한 검사 방법
WO2022161123A1 (zh) 激光测距方法、对焦方法、激光测距系统、对焦系统及自动对焦分析装置
CN112946673B (zh) 一种激光测距方法、对焦方法、激光测距系统及对焦系统
CN209086170U (zh) 一种高反射镜表面疵病参数表征装置
CN116754565B (zh) 一种光学元件全口径表面微缺陷光致荧光检测用自动对焦检测方法
CN114486910B (zh) 一种平面光学元件表面疵病检测装置和检测方法
CN110779927B (zh) 一种基于超声调制的亚表面缺陷检测装置及方法
CN114778078A (zh) 高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置
CN210220974U (zh) 一种激光光斑焦点的自动化检测与定位装置
CN106997152B (zh) 扫描反射镜监测系统及方法、调焦调平系统
CN104422715A (zh) 基于动态子窗口技术的激光扫描热波成像方法及装置
CN106404189A (zh) 测量太赫兹光束参数的方法
CN109297986A (zh) 激光陀螺高反射镜表面疵病参数表征装置和检测方法
CN108132142A (zh) 大口径反射光学系统检测装置及方法
WO2018118487A1 (en) Surface sensing in optical microscopy and automated sample scanning systems
CN113219643B (zh) 一种基于非相干成像边缘模糊的光学显微镜对焦稳定方法及系统
CN110726919B (zh) 阵列apd光电参数测试系统
CN203422336U (zh) 基于动态子窗口技术的激光扫描热波成像系统
CN109085137B (zh) 基于k空间变换的三维成像装置及其成像方法
CN112986191A (zh) 半导体检测装置及检测方法
CN113375914B (zh) 一种用于激光板条面检测的光斑强度分布获取方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination