用于将光学组件重新聚焦的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用来源于短脉冲光源(2)的至少一个光束(fu)将光学机构重新聚焦在目标表面(100)上的方法，所述光学机构包括用于将所述光束(fu)聚焦在所述目标表面(100)上的至少一个光学器件(5)，其中所述重新聚焦在知悉了所述光学机构被视为聚焦的参考条件(d1)之后发生。根据方法：检测聚焦信号，其表示由所述目标表面(100)反射的光束(fr)与不由所述目标表面(100)反射且从所述源(2)导出的参考光束(fref)之间的脉冲的时间叠加，所述光束中的一个由延迟线(14)延迟，基于所述参考条件，使得其上放置了所述延迟线(14)的所述光束的光学路径变化以导致所述聚焦信号到达或超过预定义阈值，以及基于对在参考条件(d1)与所述聚焦信号到达或超过所述预定义阈值的第二条件(d2)之间的光学路径的变化的知悉，重新调节所述聚焦。

A method for refocusing optical components

The invention relates to a source of short pulse light source (2) at least one beam (Fu) optical mechanism to re focus on the target surface (100) of the method, the optical mechanism includes the beam (Fu) focusing on the target surface (100) at least one of the optical devices the (5), wherein the re focus on knows the optical mechanism is regarded as the reference condition focusing (D1) after. Methods: according to the detection signal of the focus, represented by the target surface (100) (FR) and the light beam reflected by the target surface (100) and the reflection from the source (2) derived from the reference beam (Fref) between the time of pulse superposition, a light beam from the the delay line (14) delay, based on the reference condition, which is placed on the delay line (14) optical path changes the light beam to cause the focus signal reaches or exceeds a predefined threshold, and based on reference conditions (D1) and the focus signal reaches or exceeds the predefined threshold second conditions (D2) changes the optical path between the knowing, re adjust the focus.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将光学组件重新聚焦的方法
本专利技术涉及一种用于将光学机构重新聚焦的方法和装置。
技术介绍
为了准确地指示待加工工件的点，在工业加工中使用这样的一些光学机构，其利用了来源于光源的具有时间上超短(也就是说，在飞秒或皮秒量级)的脉冲的光束。在所谓的“时间解析”(特别是“泵浦探测”类型的)光学机构中，使用时间上超短的激光脉冲来光学地激励样本，并检测其在现象产生之前、期间、和之后的状态。其可能涉及激励金属或半导体中的电荷载流子、增加热、或甚至生成声学脉冲。泵浦探测机构使得有可能学习非常快速的现象，例如物质中电子的动态、小规模的热扩散、或甚至超快速光声现象(也被称为“皮秒声学”)。这种光声应用在工业世界中用得非常广泛。多年来，鲁道夫技术公司已销售了所有主要微电子生产商非常广泛地使用的用于在线监视集成电路的层的厚度的设备。MENAPiC公司使用了光声技术的一种变形，其使得描述材料的特征成为可能。这些光学机构的原理是采用两个光源(特别是激光器)或分成两个光束的一个光源。第一光源(称为“泵浦”)负责生成该现象。泵浦光束例如通过专用的聚焦光学器件(比如透镜或显微镜物镜)聚焦到样本上。第二光束(称为“探测”)利用相同的光学器件或不同的光学器件也在同一点处聚焦到样本上。两个光束具有不同的光学轨迹，但它们中的至少一个是长度可调的，因此存在用于使两个光束行进的光路的长度严格相等的设备。通过延迟线对轨迹中之一的长度的调节将时间相移设定在泵浦光束与探测光束之间，并且确定观察到样本的状态的时刻。泵浦和探测这两个光束在样本上反射或穿过它。根据机构，在幅度、相位或方向方面对反射的或透射的探测光束进行分析。对作为泵浦光束与探测光束之间的延迟的函数的这些量中的一个量的依赖性进行的分析使得有可能重构样本在现象产生之前、期间和之后的历史。图1表示采用单个激光源52的泵浦-探测光学机构51的示例。从其导出的光束fi被分光元件53分成两个光束：泵浦fp和探测fs。这些光束之间的延迟是使用延迟线54可调的，延迟线54在本示例中包括根据线性位移可移动的反射镜。随后使用在所考虑的示例中对两个光束唯一的聚焦光学器件55来将泵浦fp和探测fs两个光束重新组合在待分析样本100上。在本示例中，使用光电二极管56在强度方面对样本100反射的探测光束fsr进行分析，泵浦光束fpr被陷光器57阻止。如由A.Devos等人在PhysicalReviewB,70,12,125208,2004上发表的论文“Strongoscillationsdetectedbypicosecondultrasonicsinsilicon:evidenceforanelectronicstructureeffect”以及在AppliedPhysicsLetters86,21,211903,2005上发表的论文“Adifferentwayofperformingpicosecondultrasonicmeasurementsinthintransparentfilmsbasedonlaser-wavelengtheffects”所说明的那样，对聚焦光学器件与待分析样本的表面之间的距离的准确调节对获得所寻求的信号是至关重要的。在样本的每个变化或所分析的样本的区域的每个变化上，尤其对于厚度可变的样本，必须根据样本的局部厚度和类型来重复这种调节。在已知方法中，通过观察在焦距变化时信号的趋势，通过利用新样本寻求获得与参考样本的响应相当或更强的响应，来执行重新聚焦。然而，在样本具有更弱响应的情况下，这一探索不保证是足够的。实际上，当必须修改光束的空间叠加或者电子测量设备的额定值时，信号通常丢失。另一已知技术包括分析样本上反射的光束的散度。然而，该技术仅可应用于其中通过相同光学器件执行光束的聚焦和再准直的机构。当在远处观察反射的光束时，后者在样本处于光学器件的焦平面中时应当看起来是准直的。该技术通常遭受准确度缺乏的困扰。在其他已知方法中，使用了外部系统，例如在专利申请CA02281747中描述的电子系统。该方法可以依赖于电容的测量，如在来自美国激光企业公司的自动聚焦控制模块产品中的那样。还方法还可以依赖使用外部光学系统的光学测量，如在来自运动X公司(MotionXcorporation)的产品FocusTracTM中的那样。使用电容测量的系统要求金属样本表面，其例如排除了如玻璃样本的所有类型的样本。外部光学系统需要对激光源的轨迹添加不同的光学器件，这损害了测量结果的准确度。因此，为了对上述缺陷进行补救，仍然存在进一步改进方法以使得可能在光学机构中将光束聚焦在光学反射支持件上的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决该需求，并且根据其方面中的一个，借助于用于将光学机构重新聚焦在目标表面上的方法使用来源于短脉冲光源的至少一个光束来实现它，包括用于将光束聚焦在目标表面上的至少一个光学器件，所述重新聚焦是在知悉了光学机构被视为聚焦的参考条件之后被应用，在方法中：-检测聚焦信号，其表示由所述目标表面反射的光束与不由所述目标表面反射且从所述源导出的参考光束之间的脉冲的时间叠加，所述光束中的一个由延迟线延迟，-基于所述参考条件，使得其上放置了所述延迟线的所述光束的光学路径变化以导致所述聚焦信号到达或超过预定义阈值，以及-基于对在参考条件与所述聚焦信号到达或超过所述预定义阈值的那些条件之间的光学路径的变化的知悉，重新调节所述聚焦。根据本专利技术的方法可以被应用于使用探测光束和泵浦光束来分析定义了所述目标表面的样本，所述探测光束和所述泵浦光束中的至少一个来源于所述短脉冲光源，所述短脉冲光源包括放置在所述光束中的一个的轨迹上的至少一个延迟线以及用于将所述探测光束和所述泵浦光束聚焦在待分析的所述样本上的至少一个光学器件，所述聚焦信号表示在由所述样本反射且由所述延迟线延迟的光束与不由所述样本反射的参考光束之间检测到的脉冲的时间叠加。根据本专利技术方面中的另一方面，本专利技术还涉及一种重新聚焦装置，意在实施上文的根据本专利技术的方法，所述光学机构使用来源于短脉冲光源的至少一个光束，包括用于将所述光束聚焦在所述目标表面上的至少一个光学器件，所述装置包括：用于检测表示在由所述目标表面反射的光束与不由所述目标表面反射且从所述源导出的参考光束之间的时间叠加的聚焦信号的设备，所述光束中的一个由延迟线延迟，所述装置被配置为：-基于所述光学机构被视为聚焦的参考条件，改变其上放置了所述延迟线的所述光束的光学路径，以导致所述聚焦信号到达或超过预定义阈值，以及-基于对在所述参考条件与所述聚焦信号到达所述预定义阈值的那些条件之间的光学路径的变化的知悉，重新调节所述聚焦。根据本专利技术的装置可以被应用于分析定义了所述目标表面的样本，在这种情况下所述光学分析机构有利地使用探测光束和泵浦光束，它们中的至少一个来源于所述短脉冲光源，包括放置在所述光束中的一个的轨迹上的至少一个延迟线以及用于将所述泵浦光束和探测光束聚焦在待分析的所述样本上的至少一个光学器件，所述聚焦信号表示在由所述样本反射且由所述延迟线延迟的光束与不由所述样本反射的参考光束之间检测到的脉冲的时间重叠。本专利技术使得有可能容易地非常迅速地(特别是在泵浦探测类型的光学机构中)调节光束在目标表面上的聚焦，而无需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用来源于短脉冲光源(2)的至少一个光束(fu)将光学机构重新聚焦在目标表面(100)上的方法，所述光学机构包括用于将所述光束(fu)聚焦在所述目标表面(100)上的至少一个光学器件(5)，所述重新聚焦在知悉了所述光学机构被视为聚焦的参考条件(d1)之后被应用，在方法中：‑检测聚焦信号，其表示由所述目标表面(100)反射的光束(fr)与不由所述目标表面(100)反射且从所述短脉冲光源(2)导出的参考光束(fref)之间的脉冲的时间叠加，所述光束中的一个由延迟线(14)延迟，‑基于所述参考条件，使得其上放置了所述延迟线(14)的所述光束的光学路径变化以导致所述聚焦信号到达或超过预定义阈值，以及‑基于对在所述参考条件(d1)与所述聚焦信号到达或超过所述预定义阈值的条件(d2)之间的光学路径的变化的知悉，重新调节所述聚焦。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.23 FR 14632501.一种使用来源于短脉冲光源(2)的至少一个光束(fu)将光学机构重新聚焦在目标表面(100)上的方法，所述光学机构包括用于将所述光束(fu)聚焦在所述目标表面(100)上的至少一个光学器件(5)，所述重新聚焦在知悉了所述光学机构被视为聚焦的参考条件(d1)之后被应用，在方法中：-检测聚焦信号，其表示由所述目标表面(100)反射的光束(fr)与不由所述目标表面(100)反射且从所述短脉冲光源(2)导出的参考光束(fref)之间的脉冲的时间叠加，所述光束中的一个由延迟线(14)延迟，-基于所述参考条件，使得其上放置了所述延迟线(14)的所述光束的光学路径变化以导致所述聚焦信号到达或超过预定义阈值，以及-基于对在所述参考条件(d1)与所述聚焦信号到达或超过所述预定义阈值的条件(d2)之间的光学路径的变化的知悉，重新调节所述聚焦。2.根据权利要求1所述的方法，被应用于使用探测光束(fs)和泵浦光束(fp)来分析定义了所述目标表面的样本(100)，所述探测光束(fs)和所述泵浦光束(fp)中的至少一个来源于所述短脉冲光源(2)，包括放置在所述光束中的一个的轨迹上的至少一个延迟线(4)以及用于将所述探测光束(fs)和所述泵浦光束(fp)聚焦在待分析的所述样本(100)上的至少一个光学器件(5)，所述聚焦信号表示在由所述样本(100)反射且由所述延迟线(4)延迟的光束(fr)与不由所述样本(100)反射的参考光束(fref)之间检测到的脉冲的时间叠加。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过相对于所述目标表面(100)移动所述延迟线、或者通过尤其使用其上布置了所述目标表面的移动样本保持器相对于所述延迟线移动所述目标表面，来改变其上放置了所述延迟线(4，14)的所述光束的光学路径。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述预定义阈值等于零。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述预定义阈值严格地大于零。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于由所述目标表面(100)反射的光束(fr)与不由所述目标表面(100)反射且从所述短脉冲光源(2)或所述短脉冲光源(2)中的一个导出的参考光束(fref)之间的互相关来检测表示所述脉冲的时间叠加的聚焦信号，所述光束中的一个由所述延迟线(14)延迟。7.根据前述权利要求中除权利要求2以外任一项所述的方法，其中，所述光学机构包括分光元件(10)，其用于划分来源于所述短脉冲光源(2)的所述光束(fu)，以便产生由所述目标表面(100)反射的光束(fr)和不由所述目标表面(100)反射的参考光束(fref)。8.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，所述光学分析机构包括单个光源(2)和分光元件(3)，所述分光元件(3)用于划分来源于所述光源的所述光束(fi)，以便产生所述泵浦光束(fp)和所述探测光束(fs)。9.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，所述光学分析机构包括分别发射所述泵浦光束(fp)和所述探测光束(fs)的两个光源。10.根据权利要求2至9中除权利要求7以外任一项所述的方法，其中，所述延迟线(4)放置在所述泵浦光束(fp)的轨迹上。11.根据权利要求2至10中除权利要求7以外任一项所述的方法，其中，不由所述样本(100)反射的参考光束(fref)是不由所述延迟线(4)延迟的所述泵浦光束(fp)，或者是所述探测光束(fs)，或者在所述光学分析机构包括单个源(2)和分光元件(3)的情况下是在所述分光器元件之前捕获的从所述光源导出的光束(fi)。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过相对于所述目标表面(100)移动所述聚焦光学器件(5)，或者通过尤其使用其上布置了所述目标表面(100)的移动样本保持器相对于所述聚焦光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿诺·德沃，
申请(专利权)人：国家科学研究中心，里尔第一大学，里尔高等电子与数字学院，
类型：发明
国别省市：法国,FR