[发明专利]光测量装置、方法及光声膜厚测量系统

说明书

本发明提出了一种光测量装置、方法及光声膜厚测量装置，装置包括：至少一个泵浦光源，以一定角度发射激励源光束；光束偏振态调控模块，用于将所述激励源光束调控为非线性偏振状态光束，以使待测对象接收所述非线性偏振状态光束的表面产生至少一形变区域；所述形变区域对应所述非线性偏振状态获得形变幅度增强，所述形变幅度增强为所述形变区域的表面平均梯度增大。采用不同偏振态泵浦激光可以在探测表面产生形变量大的鼓包以提高探测灵敏度以及提高信噪比，其中形变量更大，探测光所携带的反射信息中关于角度和光程对应的时间信息都能够获得放大，从而提高探测灵敏度和信噪比。

技术领域

本发明属于光声测量系统，主要用于检测金属膜、介质膜的测量，具体来说，涉及一种光测量装置、方法及光声膜厚测量系统。

背景技术

现有技术中的光声测量机理主要基于如下：短脉冲激光照射在膜样品表面，膜样品吸收光子产生热弹性变形，表面形成形变区；热弹性变形产生声波在固体表面及内部传播；纵向声波传播到界面(基底或膜与膜的交界)处产生第一次回声信号；第一次回声信号到达上表面，使形变形貌进一步发生变化；回声信号碰到上表面后又回弹，回弹碰到界面后产生第二次回声信号；第二次回声信号到达上表面，使鼓包形貌再次发生变化，如图1中的设计意图中所示，当然回声信号也可能包括三次以上。通过光探测器获取由形貌变化导致的入射光束的反射率变化，从而可获取两次反射率变化时间间隔，由此可计算得到膜样品厚度值。

而在具体的测量装置设置上，如图1中所示，泵浦光源1入射到待测膜2的表面产生形变区4，将入射探测光5a打在形变区4上，由于回声回传时膜层表面的形变区形貌会发生变化，由于会导致形变区在回声信号的到达之时所产生的进一步形变会对反射探测光5b产生影响，这种影响配合接收端的光学元件的使用，可能是幅度或者相位等各种影响，一般来说，探测模块6获取形貌变化导致的光反射幅度的变化，从而可获取的光信号幅度变化的时间间隔，通过膜厚计算公式得到膜厚值，由此，探测反射探测光5b的变化对提高光声探测装置精度的影响尤其重要，而在其中，泵浦光对形变区4的影响也是提高探测反射探测光5b的变化从而提高探测精度的一个重要因素。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种利用激光偏振态提高光声膜厚度测量信噪比的装置和方法，利用待测量的表面材料对不同的偏振状态的光具有不同吸收率，从而影响鼓包形貌的特性，在泵浦光路设置偏振器件和偏振态调控器，获取偏振状态的泵浦光束，能够显著提高探测器信噪比，并且结构简单，易于工程实现以及自动化实现，空间体积小，结构紧凑。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种光测量装置，其特征在于，所述装置包括：

至少一个泵浦光源，以一定角度发射激励源光束；

光束偏振态调控模块，用于将所述激励源光束调控为非线性偏振状态光束，以使待测对象接收所述非线性偏振状态光束的表面产生至少一形变区域；

所述形变区域对应所述非线性偏振状态获得形变幅度增强，所述形变幅度增强为所述形变区域的表面平均梯度增大。

进一步地，所述非线性偏振状态包括圆偏振或径向偏振或角向偏振。

进一步地，所述偏振调控模块包括偏振片和偏振态控制器，所述偏振片用于将所述激励源光束转换为线偏光束，所述偏振态控制用将所述线偏光束调制为所述非线性偏振状态光束。

进一步地，所述偏振态控制器包括相位延迟器，所述相位延迟器包括具备快轴的相位延迟器和/或不具备快轴的相位延迟器。

进一步地，所述相位延迟器包括具备快轴的相位延迟器，通过调整所述具备快轴的相位延迟器的快轴与所述激励源的光轴夹角对应调制所述非线性偏振状态，或通过固定所述不具备快轴的相位延迟器的状态对应固定设置所述非线性偏振状态。

进一步地，所述偏振生成模块包括四分之一波片、超结构波片、向列液晶单元或Metalens中的其中一种或组合。