CN113048894B - 一种探测反射光变化的装置、方法及膜厚测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种探测反射光变化的装置及方法，利用第一光瞳分割器将入射光束进行场强分割使得入射光束在第一光瞳分割器的第一表面形成第一场强分布；准直汇聚具有第一场强分布的入射光束斜入射至物体表面以形成具有第二场强分布的反射光束；接收具有第二场强分布的反射光束并准直以形成具有第三场强分布的反射光束；利用第二光瞳分割器的位置和形状对具有第三场强分布的反射光束进行场强分割，使得具有第三场强分布的反射光束在第二光瞳分割器的第一表面形成第四场强分布，第一光瞳分割器和第二光瞳分割器具有相同的孔径函数分布；获取具有第四场强分布的反射光束，解析时间间隔内具有第四场强分布的反射光束变化信息，从而使得解析之后光强变化和成像位置偏差所形成的信号变化增强，提高探测器信噪比。

Description

一种探测反射光变化的装置、方法及膜厚测量装置

技术领域

本发明属于声光量测系统，主要用于检测金属膜、介质膜的测量，具体来说，涉及一种探测反射光变化的装置、方法及膜厚测量装置。

背景技术

目前现有技术中的声光量测原理如下：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2所示，泵浦激光1入射到样品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，如图2和图3的示意图中所示，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。

如图4中所示，为现有技术中的一种分析反射探测光的技术，经过形变区4区域反射的探测光5b会被第一反射镜6c反射一半尺寸的圆形光斑(反射镜6c的位置设置尤其重要，其对反射光的反射光斑视场有筛选作用)，这部分会继续被第二反射镜6d反射至第二探测器6a中，而未被第一反射镜6c反射的另一半尺寸的圆形光斑会直接进入到第一探测器6b中。其中第一反射镜6c是被电机调整到目标位置，在无激发形变时探测器6a与6b接收到的光具有确定的光强比例，如1：1，但是，当形变4区域发生激发形变产生回声震荡，反射探测光5b会发生时间相关性的微小角度变化，此时由于第一反射镜6c对光斑视场的分割作用不再是一半一半的关系，由于这种微小的角度变化会导致此时探测器6a和6b的光强读数会发生变化，通过多次实验可模拟计算反射探测光5b角度的变化与两者光强读数变化的影响，进而可以计算反射探测光5b角度的变化和光强的变化之间的关系，通过测得多次回声信号时间差便可计算出膜厚值。

但是，在上述的技术方案中，存在如下的问题：第一方面的问题是所应用光学系统的第一反射镜6c位置调整精度要求极高，并且对其稳定性也要求极高，该光学元件承担了光束分光作用，对光路准直性和稳定性的要求较高，光路组装较为困难；第二方面是体现在光路的复杂性上，分别需要组装第一反射镜6c和第二反射镜6d，并且为满足一定角度内入射的光线都能够被有效反射折射，两者之间的平行准直和视场交错也需要被精确调整个设计，同时在检测出射光端还需要2个探测器，光学元件的使用增多也会导致成本增加；第三方面体现在探测精度上，由于对光路采用了分光，使得透射反射光进一步损耗，在反射探测光由于形变区造成的入射角度偏差所造成的光斑能量分解的变化率更难被检测，由此探测信噪比低，约为百万分之一，并且对探测光束腰发散角要求极高。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种探测反射光峰值变化的装置及方法，在探测光的入射光路和反射光路上设置具有相同孔径函数的光瞳分割器，对入射光束和反射光束进行扰动分割，从而使得解析之后光强变化和成像位置偏差所形成的信号变化增强，提高探测器信噪比，结构简单，易于工程实现，减少探测器数量，降低成本。

为解决上述技术问题，本发明首先提出了一种探测反射光变化的装置，装置包括：

至少一个用于产生入射光束的探测光源；

设置于探测光源光路后的至少一个第一光瞳分割器，用于将入射光束进行场强分割使得入射光束在第一光瞳分割器的第一表面形成第一场强分布；

设置于第一光瞳分割器光路后的第一透镜组，用于准直汇聚具有第一场强分布的入射光束斜入射至待测体表面以形成具有第二场强分布的反射光束；

设置于反射光路上的第二透镜组，用于接收视场范围内具有第二场强分布的反射光束并准直以形成具有第三场强分布的反射光束；

设置于第二透镜组光路后的第二光瞳分割器，用于接收具有第三场强分布的反射光束进行场强分割，使得具有第三场强分布的反射光束在第二光瞳分割器的第一表面形成第四场强分布，第一光瞳分割器和第二光瞳分割器具有相同的孔径函数；

探测器，用于获取具有第四场强分布的反射光束，解析时间间隔内具有第四场强分布的反射光束变化信息。

作为本发明的进一步改进，第一透镜组与第二透镜组组成光路准直系统，第一光瞳分割器设置于光路准直系统的入瞳位置，第二透镜组设置于光路准直系统的出瞳位置。

作为本发明的进一步改进，第一光瞳分割器设置有多个第一类型通光结构和多个第二类型通光结构，第一类型通光结构和第二类型通光结构具有光通量的差别，以使得入射光束被第一类型通光结构和第二类型通光结构扰动分割，成为具有第一场强分布的入射光束。

作为本发明的进一步改进，第二光瞳分割器设置有多个第三类型通光结构和多个第四类型通光结构，第三类型通光结构和第四类型通光结构具有光通量的差别，以使得具有第三场强分布的反射光束被进一步扰动分割为所述具有第四场强分布的反射光束。

作为本发明的进一步改进，第一类型通光结构与第三类型通光结构一一对应，互相对应的第一类型通光结构和第三类型通光结构的形状相同。

作为本发明的进一步改进，通过设置第一透镜组的组成结构实现第一透镜组的视场调节，使得第一光瞳分割器的像清晰照射于待测体；通过设置第二透镜组的组成结构实现第二透镜组的视场调节，使得用具有第二场强分布的反射光束准直后射入第二光瞳分割器。

作为本发明的进一步改进，第一光瞳分割器(7)和所述第二光瞳分割器(8)相对于入射光路和反射光路呈轴对称。

作为本发明的进一步改进，多个第一类型通光结构对应的通光图案不同。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种探测反射光变化的方法，该方法包括：

利用第一光瞳分割器将入射光束进行场强分割使得入射光束在第一光瞳分割器的第一表面形成第一场强分布；

准直汇聚具有第一场强分布的入射光束斜入射至待测体表面以形成具有第二场强分布的反射光束；

接收具有第二场强分布的反射光束并准直以形成具有第三场强分布的反射光束；

利用第二光瞳分割器接收具有第三场强分布的反射光束进行场强分割，使得具有第三场强分布的反射光束在第二光瞳分割器的第一表面形成第四场强分布，第一光瞳分割器和第二光瞳分割器具有相同的孔径函数；

获取具有第四场强分布的反射光束，解析时间间隔内具有第四场强分布的反射光束变化信息。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种膜厚测量装置，包括：

泵浦光源，在一个时间点从待测膜的上表面向下底面猝发多个激励源，以使待测膜上表面产生至少一形变区域；

提供如上所述的探测反射光束变化的装置，获取形变区域对应偏振反射光束信号强度峰值变化信息；

计算单元，根据峰值对应的时间间隔计算出待测膜的厚度。

相对于背景技术而言，本发明所涉及的技术方案，在技术效果上采用了光瞳分割方案，该方案通过光学系统的分析获得提高信号变化率检测的重要方面，入射场强、光瞳分割、光学准直聚焦元件的视场等相关参数，从而设计优化本检测方案，能够显著提高反射光的变化检测率。

附图说明

图1为现有技术中的声光测量系统的整体工作原理图。

图2为按照现有技术中进行声光测量技术的回声测量的探测光路结构示意图。

图3为按照现有技术中的回声测量的两次回声测量时间差的示意图；

图4为按照现有技术中的声光测量系统的光学光路结构示意图。

图5为按照本发明实现的声光测量装置的光路结构示意图；

图6为按照本发明实现的其中一种光瞳分割器具体实施方案的示意图；

图7为按照本发明实现的一种光瞳分割器成像信息示意图；

图8为不产生光瞳分割的光斑与反射角度变化之间对应的示意图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1-泵浦光源、1a-入射泵浦光、1b-反射泵浦光、2-待测膜、3a-上表面、3b-下底面、4-形变区、5a-入射光束、5b-反射光、6-探测模块、7-第一光瞳分割器、8-第二光瞳分割器、9-第一透镜组、10-第二透镜组和11-探测器。

具体实施方式

应理解，以下为本实施例的不同特征的许多不同的实施例或例子。以下描述的构件与安排的特定例子，以简化说明实施例。当然，这些仅仅是例子而不是用以限制具体的实施方式。

按照本发明的其中一种实施方式，本发明首先提出了一种声光探测中获得反射光探测变化的装置，能够显著提高探测光角度变化的测量精度，显著提高测量信噪比。

按照本发明实现的探测反射光角度变化的装置，如图5中所示，入射光束5a以一定夹角入射一光瞳分割器7，该夹角为入射光束5a的入射方向与待测膜2表面3垂直方向的夹角，之后被一透镜组9汇聚准直后斜入射样品，由于泵浦激光1所造成的样品2表面3中所形成的形变区4上，发生反射后的反射光5b通过另一透镜组10后经过另一光瞳分割器8之后达到探测器11，从而展开探测光的相关分析获得样品2的测量结果。

其中，光瞳分割器7将入射光束5a进行场强分割使得入射光束5a在光瞳分割器7的第一表面形成第一场强分布，设置于光瞳分割器7光路后的透镜组9再将具有第一场强分布的入射光束准直汇聚后，斜入射至物体表面以形成具有第二场强分布的反射光束5b；另一透镜组10接收自身视场范围内所能接收的准直反射光束5b于另一光瞳分割器8表面，并形成为第三场强分布，得到第三场强分布特征接近第一场强分布特征，由于光瞳分割器7和另一光瞳分割器8具有相同的孔径函数分割，另一光瞳分割器8接受具有第三场强分布的反射光束后，另一光瞳分割器8的第一表面形成为第四场强分布并反射至探测器12，探测器12用于探测经过光瞳分割器8后的反射光束，以获取反射光束的光强。由于泵浦光源1在样品2形成回声，该回声传播至形变区4，对具有第二场强分布的入射光束5a形成干扰形成反射光束5b，由此经过光瞳分割器7后的反射光束5b也会受回声干扰，故探测器10可探测到回声引起的时间相关性光强变化；解析装置，再对解析时间间隔内具有第四场强分布的反射光束变化信息进行解析，获得反射光束信号变化。

优选的，第一透镜组与第二透镜组组成光路准直系统，第一光瞳分割器设置于光路准直系统的入瞳位置，第二透镜组设置于光路准直系统的出瞳位置，由于光瞳分割器7和另一光瞳分割器8具有相同的孔径函数，得到第三场强分布特征接近第一场强分布特征，从而可以使得光瞳分割器7的像叠加在光瞳分割器8上或有些微遮挡错位，而在光声扰动产生信号的变化之后，这种重合或者轻微的错位信号会发生变化，通过捕捉时间间隔内的信号变化信息，可以获得更加精确的检测结果。

对于上述的整体实现反射光角度变化测量的光学系统，其中所涉及的光学元器件中泵浦光源1也称激发光源，除Nd：YAG激光器之外的光源可用于光学激发薄膜，在具体的实施方式中，激光器也可以包括Nd：YLF，离子(例如氩和氪)，Ti：蓝宝石，二极管，C0₂，钬，准分子，染料和金属蒸气激光器等，上述泵浦光源1的作用是在样品表面产生形变区4，其波长、所产生激光脉冲能源、周期以及光束腰部的参数，可以根据样品2的薄膜的特性，以及其特性来进行设计。在其它的一些研究中，通常通过在泵浦光源1之后设置衍射元件，将泵浦光源1进行转化为带有衍射图案的光源入射样品2的表面，在这种基础之上，与聚焦的光斑所产生的鼓包不同，会产生有与衍射图案对应的形变，所形成的声光效应的变化会更复杂，也会更容易受到干扰而产生变化。

另外，对于本发明所涉及方案的具体实施方式中，泵浦光源1的类型，和是否与探测入射光的入射角度一致，并不做严格的限定，在整个光学检测系统中，通常也通过同时采集泵浦光的脉冲来作为泵浦光与探测入射光5a泵浦与检测触发的参考信号源。

类似地，以上与泵浦光源类似的除了二极管激光器之外的光源可以选作探测激光器，可用于产生入射光束的脉冲光源包括Q开关Nd：YAG，Nd：YLF，Ti：蓝宝石，二极管，C0₂，钬，准分子，染料和金属蒸气激光器等。而本发明的设计方案中所涉及的入射探测光5a对波长范围也具有较强的适应性，并不做严格的限定，但是对入射探测光5a的准直性建议要求较高，使之与光学系统中的其它光学元件的视场权衡配合设计。

作为本发明的重要改进之一，为在探测光路中使用了光瞳分割器7和光瞳分割器8，其中，上述光瞳分割方案中，首先需要采用光瞳分割器7为相对于入射光5a具有至少两个通光部、限制光束通量的光学元件，其通光部可以为一维结构(x横向分割或y纵向分割或斜向分割入射光5a)，或二维结构(任何形状的网格式分割或任何图案式分割入射光5a形成)，又可为均匀分割或非均匀分割，都具有同原理提高信噪比作用。其中光瞳分割器7优选为在相对于入射光5a光斑方向上具有尽可能多的光束分割结构为佳。进一步地，光瞳分割器8为相对于反射光5b具有至少两个通光部、限制光束通量的光学元件，其通光部可以为一维结构(x横向分割或y纵向分割或斜向分割反射光5b)，或二维结构(任何形状的网格式分割或任何图案式分割反射光5b)，又可为均匀分割或非均匀分割，都具有同原理提高信噪比作用，其中光瞳分割器8优选为在相对于反射光5b光斑方向上具有尽可能多的分割结构为佳。

如图6中所示，为按照本发明的其中一种光瞳分割器的实施方式，为具有通光部和遮蔽光束部为条状的结构，整体的光瞳分割器7为直径为D的圆盘状结构，其中通光部为条状通孔，遮蔽光束部为不透光的材料，本实施例中通光部和遮蔽光束部交替的周期条状结构为通光宽度为a,遮蔽光束部的宽度为b,整个周期结构为宽度为d(d＝a+b)，入射探测光5a经过该光瞳分割器7之后，经过透镜组9之后光瞳分割器7成像汇聚于形变区4上，被薄膜结构光反射后最终被探测器接收，反射光5b会受到形变区4的声扰动而发生变化，这种变化第一方面会体现在光瞳分割器7的像会发生一定程度的形变，第二方面会体现在光瞳分割器7的像受到扰动后在探测器成像部位的位置偏差，光瞳分割器7的条状像会在探测器的成像位置上发生微小的位置偏差，而这些信息被反映在探测器的成像端，被解析之后相较于图8中所示的圆形光斑的偏差，会携带关于扰动的更加多维的信息，从而获得更加精确的检测结果。

进一步优选地，该反射光5b会经过另一光瞳分割器8，另一光瞳分割器8为具有通光部和遮蔽光束部为条状的结构，整体的光瞳分割器8为直径为D的圆盘状结构，其中通光部为条状通孔，遮蔽光束部为不透光的材料，其中通光部和遮蔽光束部交替的周期条状结构为通光宽度为a,遮蔽光束部的宽度为b,整个周期结构为宽度为d(d＝a+b)，反射光5b经过透镜组10之后准直照射于光瞳分割器8，优选的，光瞳分割器7和8的结构类似，其对应的通光部形状相同，大小成比例关系，且由于透镜组9和10在光路系统中也优选为相同的相互对称的光学元件，光瞳分割器7的像叠加在光瞳分割器8上或有些微遮挡错位，而在光声扰动产生信号的变化之后，这种重合或者轻微的错位信号会发生变化，分析探测器成像信息可获得更多信息。

当然，在以上的情况中，光瞳分割器7和8优选为对称的结构，上述两个光学元件也可为不对称的结构，此时，光瞳分割器7的像恰好与出射光的的光瞳分割器8的通光部与限制光部交叉，形成具有二维信息的图案成像，这种不对称的结构可能会在器件制备的时候增加工艺困难。

进一步地，其中光瞳分割器7与透镜组9的位置选择，以被分割后入射探测光5a在样品表面光斑最小化为优选，不在焦点的模糊成像会显著增加成像图案分析的难度。同样的，光瞳分割器8与透镜组10的位置选择，以样品表面衍射条纹傅里叶变换回光瞳分割器7的样貌清晰成像于光瞳分割器8第二表面为优先，模糊成像会显著增加成像图案分析的难度。

进一步地，为提高信噪比，通过理论推导调整入射探测光光束的场强分布或镜组视野范围，同样可以调制目标出射探测光光斑的场强分布，提高探测器信噪比。入射光束5a经过光瞳分割器7后会在样品表面产生衍射相干光，其过程为傅里叶转换，即光瞳分割器7第二表面入射光束5a的场强分布为U(x₀,y₀)，光瞳分割器7第一表面(后表面)入射光束5a的场强分布为第一场强分布U(x′₀,y′₀)，随后入射光束5a经光瞳分割器7分割后，经过透镜组9汇聚后在形变区4表面的场强分布为第二场强分布U(x₁,y₁)，即：

调制光瞳分割器7的孔径函数A(x₀,y₀)，可以得到入射光束5a在形变区4表面的场强分布为U(x₁,y₁)，透镜组10将视野范围内的部分场强分布U(x₁,y₁)的反射光束5b接收，由于对称光路系统，反射至另一光瞳分割器8第二表面形成的反射光束5b的场强分布为第三场强分布U(x′₂,y′₂)，其场强分布会近似为入射光束5a经过光瞳分割器7第一表面的第一场强分布U(x′₀,y′₀)，由于光瞳分割器7和8具有相同的孔径函数A(x₀,y₀)，通过调制光瞳分割器8的孔径函数A(x₀,y₀)可以实现得到光瞳分割器8第一表面(后表面)的第四场强分布U(x₂,y₂)。而第二场强分布U(x₁,y₁)会受物品表面回声影响干扰，形成随回声返回时间相关性变化的第三场强分布，第三场强分布和光瞳分割器8的孔径函数A(x₀,y₀)再发生叠加错位可得到随回声时间相关性变化的高信噪比信号第四场强分布U(x₂,y₂)，该信号会被探测器11接收。

更进一步地，入射光束于光瞳分割器7第二表面的原始场强分布为U(x₀,y₀)，经过孔径函数为A(x₀,y₀)的光瞳分割器7后，在光瞳分割器7第一表面后的第一场强分布U(x′₀,y′₀)为

入射光束5a到达形变区4表面第二场强分布为：

入射光束5a到达形变区4表面第二场强分布为U(x₁,y₁)，位于透镜组10视野范围内反射光5b准直至光瞳分割器8第二表面形成第三场强分布为U(x′₂,y′₂)即

反射光束5b经过光瞳分割器8，基于孔径函数A(x₀,y₀)形成为第四场强分布U(x₂,y₂),即

反射光束5b在光瞳分割器8第四表面场强分布为U(x₂,y₂)，公式推导结论：最终信号U(x₂,y₂)与U(x₀,y₀)、A(x₀,y₀)、透镜组9视场、透镜组10视场有明确物理关系,目标为使

最大化。其中，θ为回声信号产生的反射探测光5b角度变化，s为探测器接收面积，由于

与U(x₀,y₀)、A(x₀,y₀)、透镜组9视场、透镜组10视场有关系，利用光瞳分割器7的孔径函数A(x₀,y₀)更易于调制。

如图7所示，对于本发明的光瞳分割方案来说，在使用图6所示的光瞳分割器7和光瞳分割器8之后，探测器11获取的最终信号为明暗交替的条纹图像，光瞳分割后的信号变化率为

如图8所示，对于现有技术中不进行光瞳分割的方案来说，信号变化率

其中：η或者

由于通常光场强分布为高斯分布，结果将会更明显地看到η＞＞η₀；

因此，使用本发明的光瞳分割方案探测器所探测的信号跳动会较为明显，而不做分割情况下探测器所探测的信号跳动幅度很小，不易于识别。

另外，上述光瞳分割器7和8的主要核心在于光瞳大于等于2以上分割处理，光瞳分割器7和8的具体光学参数和工艺一致性问题，可依据实际应用情况优化设计解决，其制作材料可依据光学工艺条件来制备，并且考虑到光学系统中的反射效应等因素，进一步优选在光瞳分割器7和8表面或者是背面进行涂膜减小光阑反射对探测光5c的影响等，或者考虑到在光阑边缘处可能产生的衍射图样设计滤除元件，保持1级条纹的设计等都可依据上述核心来进行进一步设计。同时光阑本身可进行可调节瞳孔大小方式的设计，以方便进行多次测量减小光学系统硬件本身引起的对测量结果的扰动和误差，另外考虑到光学系统稳定性的影响，上述光阑的固定、调整设备可依据情况进行设计。

透镜组9和10为光学元件组合系统，完成对光路的准直，其能达到相应的光学功能即可，对其具体设置并不做严格限定。另外在光路上设置对光强的增益元件以弥补光阑带来的能量损耗也可依据具体情况展开设计。

可以用本发明所涉及的方法和装置监测的样品可以是块状的(例如，诸如金属或半导体的固体)，薄膜(例如，聚合物，半导体或金属膜)，流体，表面或表现出声光时间扰动的效应。典型的样品包括半导体工业中使用的金属膜，例如铝，钨，钛，钛：钨，钛或氧化物薄膜等。可以在这些样品中确定的材料特性包括机械，物理(例如，厚度)，弹性，(深度依赖和/或各向异性)扩散，基于粘附，热(例如，热扩散)和与之相关的粘性特性。如图7中所示，当光阑分割所造成的图像分割越丰富，所能提取的信息维度越丰富，例如在光阑像的位置变化的移动可检出反射光角度的变化，而其中的像的畸变或者形状的改变，可能意味着形变区4的光学特性造成的影响，当分割的图案越多，所能提取的共性特征和特定特征也越多，使得按照本发明使用的方案在后续的成像光的计算机分析中获得更高的分析精度。

按照本发明的另一种实施方式，提出了一种声光探测中获得反射光探测变化的方法，该方法包括：

利用第一光瞳分割器将入射光束进行场强分割使得入射光束在第一光瞳分割器的第一表面形成第一场强分布；

汇聚具有第一场强分布的入射光束斜入射至物体表面以形成具有第二场强分布的反射光束；

接收具有第二场强分布的反射光束并准直以形成具有第三场强分布的反射光束；

利用第二光瞳分割器接收具有第三场强分布的反射光束进行场强分割，使得具有第三场强分布的反射光束在第二光瞳分割器的第一表面形成第四场强分布，第一光瞳分割器和第二光瞳分割器具有相同的孔径函数分割；

获取具有第四场强分布的反射光束，解析时间间隔内具有第四场强分布的反射光束变化信息。该方法的实现原理、技术效果与上述装置类似，此处不再赘述。

按照本发明的另一种实施方式，提出了一种膜厚测量装置，包括：

泵浦光源，在一个时间点从待测膜的上表面向下底面猝发多个激励源，以使待测膜上表面产生至少一形变区域；

提供如上所述的探测反射光束变化的装置，获取形变区域对应偏振反射光束5b’信号强度峰值变化信息；

计算单元，根据峰值对应的时间间隔计算出待测膜的厚度。该装置的实现原理、技术效果与上述探测反射光束变化的装置类似，此处不再赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种探测反射光变化的装置，其特征在于，所述装置包括：

至少一个用于产生入射光束(5a)的探测光源；

设置于探测光源光路后的至少一个第一光瞳分割器(7)，用于将所述入射光束(5a)进行场强分割使得所述入射光束(5a)在所述第一光瞳分割器(7)的第一表面形成第一场强分布；

设置于第一光瞳分割器(7)光路后的第一透镜组(9)，用于准直汇聚具有第一场强分布的入射光束斜入射至待测体表面以形成具有第二场强分布的反射光束(5b)；

设置于反射光路上的第二透镜组(10)，用于接收视场范围内具有第二场强分布的反射光束并准直以形成具有第三场强分布的反射光束；

设置于第二透镜组(10)光路后的第二光瞳分割器(8)，用于接收具有第三场强分布的反射光束进行场强分割，使得所述具有第三场强分布的反射光束在所述第二光瞳分割器(8)的第一表面形成第四场强分布，所述第一光瞳分割器(7)和第二光瞳分割器(8)具有相同的孔径函数；

探测器(11)，用于获取具有第四场强分布的反射光束，解析时间间隔内具有第四场强分布的反射光束变化信息。

2.如权利要求1所述的探测反射光变化的装置，所述第一透镜组(9)与所述第二透镜组(10)组成光路准直系统，所述第一光瞳分割器(7)设置于所述光路准直系统的入瞳位置，所述第二透镜组(10)设置于所述光路准直系统的出瞳位置。

3.如权利要求1或2所述的探测反射光变化的装置，其中，所述第一光瞳分割器(7)设置有多个第一类型通光结构和多个第二类型通光结构，所述第一类型通光结构和所述第二类型通光结构具有光通量的差别，以使得入射光束(5a)被所述第一类型通光结构和所述第二类型通光结构扰动分割，成为所述具有第一场强分布的入射光束。

4.如权利要求3所述的探测反射光变化的装置，其中，所述第二光瞳分割器(8)设置有多个第三类型通光结构和多个第四类型通光结构，所述第三类型通光结构和所述第四类型通光结构具有光通量的差别，以使得所述具有第三场强分布的反射光束被进一步扰动分割为所述具有第四场强分布的反射光束。

5.如权利要求4所述的探测反射光变化的装置，其中，所述第一类型通光结构与所述第三类型通光结构一一对应，互相对应的第一类型通光结构和第三类型通光结构的形状相同。

6.如权利要求4所述的探测反射光变化的装置，其中，通过设置所述第一透镜组(9)的组成结构实现所述第一透镜组(9)的视场调节，使得所述第一光瞳分割器(7)的像清晰照射于所述待测体；通过设置所述第二透镜组(10)的组成结构实现所述第二透镜组(10)的视场调节，使得用具有第二场强分布的反射光束(5b)准直后射入所述第二光瞳分割器(8)。

7.如权利要求4所述的探测反射光变化的装置，其中，所述第一光瞳分割器(7)和所述第二光瞳分割器(8)相对于入射光路和反射光路呈轴对称。

8.如权利要求4-7中任一项所述的探测反射光变化的装置，其中，多个第一类型通光结构对应的通光图案不同。

9.一种探测反射光变化的方法，其特征在于，所述方法包括：

利用第一光瞳分割器(7)将入射光束(5a)进行场强分割使得所述入射光束(5a)在所述第一光瞳分割器(7)的第一表面形成第一场强分布；

准直汇聚具有第一场强分布的入射光束斜入射至待测体表面以形成具有第二场强分布的反射光束(5b)；

接收具有第二场强分布的反射光束并准直以形成具有第三场强分布的反射光束；

利用第二光瞳分割器(8)接收具有第三场强分布的反射光束进行场强分割，使得所述具有第三场强分布的反射光束在所述第二光瞳分割器(8)的第一表面形成第四场强分布，所述第一光瞳分割器(7)和第二光瞳分割器(8)具有相同的孔径函数；

获取具有第四场强分布的反射光束，解析时间间隔内具有第四场强分布的反射光束变化信息。

10.一种膜厚测量装置，其特征在于，包括：

泵浦光源(1)，在一个时间点从待测膜(2)的上表面(3a)向下底面(3b)猝发多个激励源，以使所述待测膜(2)上表面产生至少一形变区域；

提供如权利要求1-8中任一项所述的探测反射光变化的装置，获取所述形变区域对应偏振反射光束信号强度峰值变化信息；

计算单元，根据峰值对应的时间间隔计算出待测膜(2)的厚度。

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