[發明專利]時域熱反射譜測量中的自動聚焦方法

在審

• 申請號: 201811240469.7
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109342322A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 盧明輝;潘佳慧;顏學俊;曾明超;馮元會;劉曉平;陳延峰
• 申請（專利權）人: 南京光聲超構材料研究院有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/01
• 代理公司: 江蘇法德永衡律師事務所 32305
• 代理人: 李媛媛

本發明公開了一種時域熱反射譜測量中的自動聚焦方法，包括如下步驟：根據光信號強度的變化確定電機的步進方向；記錄步進電機每次步進的當前位置及光信號強度的數據并進行二次函數擬合，若擬合線存在信號強度最大值，且該最大值對應的電機位置在預設的步進位移范圍內，則停止步進；將步進電機移到信號強度最大值所對應的位置坐標處，然后繼續步進數次，記錄步進電機的當前位置及光信號強度的數據并進行二次函數擬合，若擬合線存在信號強度最大值，且該最大值對應的電機位置在預設的步進位移范圍內，則停止步進；然后將步進電機移到信號強度最大值所對應的位置坐標處，完成精細聚焦。本發明的自動聚焦方法精度高，可有效減少手動聚焦產生的誤差。

技術領域

本發明涉及激光聚焦技術領域，尤其涉及時域熱反射譜測量中的泵浦光和探測光的自動聚焦方法。

背景技術

隨著現代微電子器件的尺寸不斷減小，納米尺度器件的散熱變得越來越重要；隨著熱電材料的不斷發現，性能優異且環境友好的熱電器件也越來越受到關注。因此對材料熱學性質的測量和對納米尺度熱輸運性質的探究至關重要。時域熱反射譜測量系統則是用于測量材料熱學性質的瞬態測量技術的一種，其應用范圍十分廣泛，包括納米薄膜、超晶格、納米界面、納米顆粒以及微尺度單晶等。該測量技術基于泵浦-探測的超快光學探測原理，由泵浦光引起樣品表面溫度升高，由探測光延遲一定時間后探測溫度的變化情況，根據溫度下降的速率，獲得樣品的熱導率、聲速、彈性模量等熱學性質。該系統通常配以飛秒量級的激光光源，對于探究納米尺度熱輸運機制也十分有利。

測量的準確性對于熱學性質的表征十分重要。在傳統的時域熱反射譜測量中，泵浦光和探測光光斑的重合情況，直接影響測量的準確性和科學性。但是，通常采用的手動聚焦方法誤差較大，并且在變溫測量過程中，溫度變化使得樣品臺垂直方向發生形變，從而導致聚焦光斑不可控，影響測量的準確性。同時，長時間的測量和多次溫度變化的情況下，使用手動聚焦極易增大誤差，降低測量的準確性。

發明內容

為了克服以上現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種時域熱反射譜測量中的自動聚焦方法，以解決手動聚焦誤差大、溫度變化導致聚焦光斑不可控的問題。

為了實現上述發明的目的，本發明采用的技術方案是：

時域熱反射譜測量中的自動聚焦方法，包括如下步驟：

(1)利用步進電機控制顯微鏡頭沿同一方向移動數次，同步記錄電機每次行進一步所對應的光信號強度，根據信號強度的變化確定電機的步進方向；

(2)將步進電機從當前位置開始沿步驟(1)確定的步進方向步進數次，每步進一次，記錄步進電機的當前位置以及光信號強度的數據，并對獲得的數據進行二次函數擬合，若擬合線存在信號強度最大值，且該最大值對應的電機位置在預設的步進位移范圍內，則停止步進；然后將步進電機移到信號強度最大值所對應的位置坐標處，完成粗聚焦；

(3)繼續將步驟(2)的步進電機步進數次，每步進一次，記錄步進電機的當前位置以及光信號強度的數據，并對獲得的數據進行二次函數擬合，若擬合線存在信號強度最大值，且該最大值對應的電機位置在預設的步進位移范圍內，則停止步進；然后將步進電機移到信號強度最大值所對應的位置坐標處，完成精細聚焦。

本發明的技術效果和優點是：

第一，該自動聚焦方法精度高，可有效減少手動聚焦產生的誤差。

第二，該方法可有效避免變溫測量過程中，樣品臺垂直形變對光斑產生的影響。在不同測量溫度下，均可在正式測量前運行該自動聚焦方法，確保泵浦光和探測光的焦點重合、信號強度最大，保證測量的準確性和科學性。

附圖說明

圖1為本發明實施例的利用步進電機控制顯微鏡頭對樣品臺形變進行反饋補償的示意圖，1-步進電機，2-物鏡，3-樣品，4-溫度導致的樣品臺的形變。