[发明专利]高斯光斑空间强度峰值自动化寻址方法和装置

说明书

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x_max；固定x方向坐标x_max，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z_max；将光电探测器移至(x_max，z_max)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。

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x_max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(x_max，z₀)；