CN114543689B - 激光合束装置及合束方法、光声测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于半导体领域的激光合束装置及合束方法、光声测量装置及测量方法，所述激光合束装置包括：激光器、第一分束模块、反射模块、合束模块、聚光模块、成像模块、控制模块；合束模块将激发光光束和探测光光束合束；所述控制模块基于激发光光斑的质心位置与探测光光斑的质心位置控制第一调节器调节第一反射镜的位置和/或控制第二调节器调节第二反射镜的位置，使得激发光光斑的质心位置和探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值。通过本发明提供的激光合束装置及合束方法、光声测量装置及测量方法，可以提高激发光光斑和探测光光斑的重合度，以达到计算膜厚的光学测量要求。

Description

激光合束装置及合束方法、光声测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种应用于半导体领域的激光合束装置及合束方法、光声测量装置及测量方法。

背景技术

声光量测系统用于测量金属膜、介质膜等的厚度，在其测量过程中，需要保证激发光光束的光斑和探测光光束的光斑的重合度。该重合度越好，得到的膜厚的测量越准确。

将激发光光束的光斑和探测光光束的光斑进行对准的过程具体是：确定激光束，通过扩束镜组对该激光束进行扩束，扩束后的激光束经过分束器变成两个光束，一个为探测光光束，另一个为激发光光束；该激发光光束和探测光光束分别通过不同的光路传输后，再通过合束器对激发光光束和探测光光束进行合束并且保持相互平行的出射方向。

因为只有出射方向相互平行，才能保证激发光光束和探测光光束经过聚光镜汇聚到样品表面上的光斑的重合度，以使声光量测系统进行膜厚的测量。

激发光光束和探测光光束经过合束器出射的平行度可通过在激发光光束的传输光路和探测光光束的传输光路中设置反射镜进行调节。大多数情况下，该反射镜通过手动旋钮来调节，操作比较困难且调节的准确度不高。

因此，本发明提出了一种应用于半导体领域的激光合束装置及合束方法、光声测量装置及测量方法，通过本发明提供的激光合束装置及合束方法、光声测量装置及测量方法，可以提高激发光光斑和探测光光斑的重合度，以达到计算膜厚的光学测量要求。

发明内容

本发明实施例提供了一种应用于半导体领域的激光合束装置及合束方法、光声测量装置及测量方法，通过本发明提供的激光合束装置及合束方法、光声测量装置及测量方法，可以提高激发光光斑和探测光光斑的重合度，以达到计算膜厚的光学测量要求。

第一方面，本发明提供一种激光合束装置，包括：激光器、第一分束模块、反射模块、合束模块、聚光模块、成像模块、控制模块；所述第一分束模块接收所述激光器产生的激光束，并将所述激光束分成激发光光束和探测光光束；所述反射模块包括第一反射单元和第二反射单元，所述第一反射单元接收所述激发光光束，并调整所述激发光光束的传播方向；所述第二反射单元接收所述探测光光束，并调整所述探测光光束的传播方向；所述第一反射单元包括第一反射镜和用以调节所述第一反射镜位置的第一调节器，和/或所述第二反射单元包括第二反射镜和用以调节所述第二反射镜位置第二调节器；所述合束模块接收经过第一反射单元的所述激发光光束和经过第二反射单元的所述探测光光束，并将所述激发光光束和所述探测光光束合束；所述聚光模块接收合束后的所述激发光光束和所述探测光光束，以使所述激发光光束在待测样品表面形成激发光光斑，且使所述探测光光束在所述待测样品表面形成探测光光斑；所述成像模块，用于分别获取所述激发光光斑的质心位置与所述探测光光斑的质心位置；所述控制模块，基于所述激发光光斑的质心位置与所述探测光光斑的质心位置控制所述第一调节器调节所述第一反射镜的位置和/或控制所述第二调节器调节所述第二反射镜的位置，使得所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值。

其有益效果在于：本发明所提供的激光合束装置，可以自动调整激光合束，方便操作和维护；此外，相比手动调控，自动化调控还能达到更高的精度，使得激发光光束和探测光光束合束之后，在待测样品上形成的激发光光斑和探测光光斑高度重合，以便于获取更高信噪比的信号。

可选地，所述第一调节器包括压电陶瓷片、振镜、电机中的至少一种；所述第二调节器包括压电陶瓷片、振镜、电机中的至少一种。其有益效果在于：通过所述第一调节器和所述第二调节器包括多种设计方式，可以根据实际情况选择适合的设计方式。

进一步可选地，所述聚光模块包括第一透镜单元、第二透镜单元、第二分束模块；所述第二分束模块接收合束后的所述激发光光束和所述探测光光束，用于将所述激发光光束和所述探测光光束传播至所述第一透镜单元；所述第一透镜单元聚焦所述激发光光束和所述探测光光束，以使所述激发光光束在所述待测样品表面形成激发光光斑，且使所述探测光光束在所述待测样品表面形成探测光光斑；所述待测样品表面上的所述激发光光斑和所述探测光光斑的反射光或散射光经所述第一透镜单元回传经过所述第二分束模块、所述第二透镜单元，被收集至所述成像模块。其有益效果在于：通过观察在所述成像模块的探测面上形成的所述激发光光斑和所述探测光光斑，便于间接地观察待测样品表面上形成的光斑，并根据激发光光斑的成像光斑和探测光光斑的成像光斑来使用所述第一调节器和/或使用所述第二调节器来调节相应反射镜的位置，调节所述激发光光束或所述探测光光束的传播方向，最终实现激发光光斑和/或探测光光斑在样品表面上移动，以提高在所述待测样品表面上形成的光斑的重合度，从而可以获取更高信噪比的探测信号。

又进一步可选地，所述第一透镜单元包括P个聚焦透镜，且所述第一透镜单元的焦点与所述成像模块的视场中心光学共轭；所述第二透镜单元包括K个聚焦透镜，所述P和所述K为正整数。其有益效果在于：通过所述第一透镜单元的焦点与所述成像模块的视场中心光学共轭，使得经过所述第一透镜单元的焦点的光束可在所述成像模块的视场中心成像。

第二方面，本发明提供一种激光合束的方法，应用于如第一方面任一项实施例所述的激光合束装置，包括：获取激发光光束在所述成像模块的探测面上形成的激发光光斑以及探测光光束在所述成像模块的探测面上形成的探测光光斑；计算所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置；向第一调节器和/或第二调节器发送第一控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器根据所述第一控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值。

其有益效果在于：通过本发明所提供的所述激光合束方法，将所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离调节至小于或等于预设阈值，提高所述激发光光斑和探测光光斑的重合度，以达到计算膜厚的光学测量要求。

进一步可选地，在所述计算所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之前，包括：向第一调节器和/或第二调节器发送第二控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器根据所述第二控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述激发光光斑和/或所述探测光光斑位于所述成像模块的视场中心。其有益效果在于：通过将所述激发光光斑和所述探测光光斑调节至所述电荷耦合器件的视场中心，有利于观察所述激发光光斑和所述探测光光斑之间的距离差异，便于后续所述激发光光斑和所述探测光光斑的位置调节，同时，将上述两个光斑调整位于CCD视场中心，保证了激发光光斑和探测光光班在第一透镜单元的焦平面上重合，达到最佳合束效果，以便于获取高信噪比的信号。

第三方面，本发明提供一种光声测量装置，包括如第一方面任一项实施例所述的激光合束装置，还包括：斩波器、光学延迟线和探测器；所述激发光光束透过所述斩波器后传播至所述第一反射单元；所述光学延迟线设置于所述第二反射单元中；所述探测器接收所述探测光光束在所述待测样品表面形成探测光光斑的反射信号以获取探测信号。

其有益效果在于：本发明所提供的光声测量装置，可以自动调整激光合束，方便操作和维护；此外，相比手动调控，自动化调控还能达到更高的精度，激发光光斑和探测光光斑高度重合，能够获取更高信噪比的光声信号，进而提高获取待测样品特征参数的测量精度，比如，可以实现高精度膜厚测量。

进一步可选地，所述光声测量装置，还包括扩束模块，所述扩束模块接收所述激光束并对所述激光束进行扩束；所述第一分束模块接收扩束后的激光束，并将所述扩束后的激光束分成激发光光束和探测光光束。其有益效果在于：所述扩束模块9能够对所述激光束进行扩束和准直，便于得到所述激发光光束和所述探测光光束。

第四方面，本发明提供一种光声测量方法，应用于如第三方面任一项实施例所述的光声测量装置，包括：获取激发光光束在所述成像模块的探测面上形成的激发光光斑以及探测光光束在所述成像模块的探测面上形成的探测光光斑；计算所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置；向第一调节器和/或第二调节器发送第一控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器根据所述第一控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值；当所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值时，探测器接收所述探测光光斑的反射信号以获取探测信号；基于所述探测信号，得到所述待测样品的特征参数。

其有益效果在于：当所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值时，探测器接收所述探测光光斑的反射信号以获取探测信号，可以提高光声测量仪器的精确度。

第五方面，本发明提供一种光声测量方法，应用于如第三方面任一项实施例所述的光声测量装置，包括：基于所述探测信号，获取所述探测信号的峰值位置；向所述第一调节器和/或所述第二调节器发送第三控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器根据所述第三控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述探测信号的峰值位置保持不变。

其有益效果在于：所述控制模块控制第一调节器和/或第二调节器，调节相应反射镜的位置，以补偿激发光光束和探测光光束之间的光程差，为不同批次设备间的测量工具的匹配提供可能性，以保证不同批次设备测量结果的一致性，并且自动化调控、补偿激发光光束和探测光光束之间的光程差，提高了设备长期运行测量结果的稳定性。

附图说明

图1为本申请所提供的一种激光合束装置示意图；

图2为本申请所提供的一种聚光模块的示意图；

图3为本申请所提供的一种激光合束的方法的流程示意图；

图4为本申请所提供的一种光声测量装置实施例的示意图；

图5为本申请所提供的又一种光声测量装置的实施例的示意图；

图6为本申请所提供的一种光声测量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。其中，在本申请实施例的描述中，以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一种”、“该”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个或两个以上（包含两个）。术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A、B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“连接”包括直接连接和间接连接，除非另外说明。“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本申请实施例中，“示例性地”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性地”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

为了提高待测晶圆表面上的激发光光斑和探测光光斑的重合度，本发明提供一种激光合束装置及合束方法、光声测量装置及测量方法，且本申请文件中所提到的所有待测样品均可指代晶圆。

本申请实施例提供一种激光合束装置，如图1所示，所述装置包括：激光器1，第一分束模块2，反射模块，且所述反射模块包括第一反射单元301和第二反射单元302，合束模块4、聚光模块5、成像模块6和控制模块（图中未示出）。所述成像模块6可以是电荷耦合器件（charge-coupled device，CCD）。

所述第一分束模块2接收所述激光器1产生的激光束，并将所述激光束分成激发光光束和探测光光束；所述第一反射单元301接收所述激发光光束，并调整所述激发光光束的传播方向；所述第二反射单元302接收所述探测光光束，并调整所述探测光光束的传播方向；所述第一反射单元301包括第一反射镜3011和用以调节所述第一反射镜3011位置的第一调节器3012，和/或所述第二反射单元302包括第二反射镜3021和用以调节所述第二反射镜3021位置第二调节器3022；所述合束模块4接收经过第一反射单元301的所述激发光光束和经过第二反射单元302的所述探测光光束，并将所述激发光光束和所述探测光光束合束；所述聚光模块5接收合束后的所述激发光光束和所述探测光光束，以使所述激发光光束在所述待测样品表面形成激发光光斑，且使所述探测光光束在所述待测样品表面形成探测光光斑；所述成像模块6，用于分别获取所述激发光光斑的质心位置与所述探测光光斑的质心位置；所述控制模块，基于所述激发光光斑的质心位置与所述探测光光斑的质心位置控制所述第一调节器3012调节所述第一反射镜3011的位置和/或控制所述第二调节器3022调节第二反射镜3021的位置，使得所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值。其中，所述第一分束模块2可以是光学分束器。

上述激光合束装置，可以自动调整激光合束，方便操作和维护；此外，相比手动调控，自动化调控还能达到更高的精度，使得激发光光束和探测光光束合束之后，在待测样品上形成的激发光光斑和探测光光斑高度重合，以便于获取更高信噪比的信号。

示例性地，所述控制模块可以设置于终端设备中，且所述第一调节器3012和所述第二调节器通3022过网络与所述控制模块存在信息交互，并受控于所述控制模块。所述第一调节器3012和所述第二调节器3022可以通过所述控制模块获取相关指令，并根据相关指令分别调节所述第一反射镜3011和所述第二反射镜3021的位置，例如调节所述第一反射镜3011的倾斜角度，或者控制所述第一反射镜3011产生相应位移。所述终端设备可以是智能手机、平板电脑和便携式计算机中的一种或多种，当然也可以是台式计算机等等，所述相关指令的来源可以是服务器。所述控制模块通过网络获取所述服务器中的所述相关指令，所述网络可以包括各种连接类型，例如有线通信链路、无线通信链路等等。其中所述终端设备、所述网络和所述服务器的数目可以根据实际需要来设定，例如所述控制模块也可以通过所述网络在由多个服务器组成的服务器集群中获取所述相关指令。用户可以使用所述控制模块通过所述网络与所述服务器交互，以接收或发送指令等，所述服务器可以是提供各种服务的服务器。本发明所提供的激光合束装置，通过所述第一反射单元301包括第一反射镜3011和用以调节所述第一反射镜3011位置的第一调节器3012，和/或所述第二反射单元302包括第二反射镜3021和用以调节所述第二反射镜3021位置第二调节器3022，能够根据实际情况调节所述第一反射镜3011或所述第二反射镜3021的位置，来调整所述激发光光束和所述探测光光束的传播方向，进而使得所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值。该装置构造简单，操作灵活，提高了操作效率和精度，便于后期自动化维护，保证设备长期高精度运行。

当然，一种较为优选的实施方式是，所述第一反射镜3011包括M个反射镜片，所述第一调节器3012用以调节所述第一反射镜3011中最靠近所述合束模块4的反射镜片的位置；所述第二反射镜3021包括N个反射镜片，所述第二调节器用以调节所述第二反射镜3021中最靠近所述合束模块4的反射镜片的位置，所述M和所述N均为正整数。在本实施例中，无论所述M和所述N的具体取值是多少，只需通过调节最靠近所述合束模块4的反射镜片，即可实现对所述激发光光束和所述探测光光束的传播方向的调节，该调节方式简单易行，便于操作。

在一种可能的实施例中，所述第一调节器3012包括压电陶瓷片、振镜、电机中的至少一种；所述第二调节器3022包括压电陶瓷片、振镜、电机中的至少一种。示例性地，当所述第一调节器3012为压电陶瓷片时，且所述第一反射镜3011的每一个反射镜片上均设置1个第一调节器3012，假设所述第一调节器3012为三个压电陶瓷片，那么M个反射镜片可设置3M个压电陶瓷片。每一个反射镜片上的压电陶瓷片分别均匀安装在以反射镜片底面中心为圆心的圆上，该圆的半径为，通过向压电陶瓷片施加电压得到该压电陶瓷片所需的位移量，以调节相应反射镜的倾斜角度或者位移量。在本实施例中，通过所述第一调节器和所述第二调节器包括多种设计方式，可以根据实际情况选择适合的设计方式。此外，对反射镜位置的调节精度为纳米或亚纳米量级，比手动调节精度高、效率高。

在一种可能的实施例中，所述聚光模块5包括第一透镜单元、第二透镜单元、第二分束模块。所述第二分束模块接收合束后的所述激发光光束和所述探测光光束，用于将所述激发光光束和所述探测光光束传播至所述第一透镜单元；所述第一透镜单元聚焦所述激发光光束和所述探测光光束，以使所述激发光光束在所述待测样品表面形成激发光光斑，且使所述探测光光束在所述待测样品表面形成探测光光斑；所述待测样品表面上的所述激发光光斑和所述探测光光斑的反射光或散射光经所述第一透镜单元回传经过所述第二分束模块、所述第二透镜单元，被收集至所述成像模块6，用于分别获取所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置。其中，所述第二分束模块可以是光学分束器。其中，成像模块6的应用，克服了目视观察调节的不可靠、不准确和精度低的缺陷，能够快速、准确的判断激光合束是否满足要求，以便于实现自动调控发出控制指令。

在本实施例中，通过观察在所述成像模块6的探测面上形成的所述激发光光斑和所述探测光光斑，便于间接地观察待测样品表面上形成的光斑，并根据激发光光斑的成像光斑和探测光光斑的成像光斑来使用所述第一调节器和/或使用所述第二调节器来调节相应反射镜的位置，调节所述激发光光束或所述探测光光束的传播方向，最终实现激发光光斑和/或探测光光斑在样品表面上移动，以提高在所述待测样品表面上形成的光斑的重合度，从而可以获取更高信噪比的探测信号。

在又一种可能的实施例中，所述第一透镜单元包括P个聚焦透镜，且所述第一透镜单元的焦点与所述成像模块6的视场中心光学共轭；所述第二透镜单元包括K个聚焦透镜，所述P和所述K为正整数。

在本实施例中，通过所述第一透镜单元的焦点与所述成像模块6的视场中心光学共轭，使得经过所述第一透镜单元的焦点的光束可在所述成像模块6的视场中心成像。

当所述P和所述K均为1时，所述聚光模块的具体结构如图2所示，所述聚光模块5包括第一透镜单元、第二透镜单元、第二分束模块501，所述第一透镜单元包括第一透镜502，所述第二透镜单元包括第二透镜503，所述第一透镜502和所述第二透镜503的结构为4f系统，使用这种系统的优点是可在最大程度上降低系统像差，提高成像分辨率。在4f成像系统下，最大的成像倍率为，其中/>为第一透镜502的焦距，/>为第二透镜503的焦距。

应用于如上述实施例中任一项所述的激光合束装置，本申请实施例提供一种激光合束的方法，其流程如图3所示，具体步骤包括：

S301，获取激发光光束在所述成像模块的探测面上形成的激发光光斑以及探测光光束在所述成像模块的探测面上形成的探测光光斑。

S302，计算所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置。

S303，向第一调节器和/或第二调节器发送第一控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器根据所述第一控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值。

示例性地，以上述实施例所提到的所述第一透镜502的焦点为原点建立坐标系，且该坐标系的XOY面为所述第一透镜502的焦平面，标记所述激发光光斑的质心位置（）和所述探测光光斑的质心位置（/>），以所述激发光光斑的质心位置计算为例来解释所述激发光光斑和所述探测光光斑质心位置的计算过程，所述激发光光斑的质心位置的计算公式为：/>，/>，其中/>为第i个像素的灰度值，/>和/>为第i个像素的X坐标值和Y坐标值（单位为像素个数），p为所述电荷耦合器件的像素尺寸，β为所述第一透镜502的放大倍率，n为所述电荷耦合器件探测面上所显示的所述激发光光斑所对应的像素点总数。

举例说明，对于成像倍率为4×的成像系统，如果在待测样品表面所形成的光斑直径为50微米，那么最终会在所述电荷耦合器件上形成200微米的光斑，且对于一般的电荷耦合器件（举例说明，其常见的像素尺寸为3.45微米或4.5微米），直径为200微米的光斑将会占据所述电荷耦合器件上40至50个像素点。由于光学成像的信噪比受限于多种噪声源，如散粒噪声、电子噪声等，以散粒噪声为例，如一定光功率照射在相机像素上对应的灰度值为，此刻光探测的信噪比/>，即灰度值越高，光斑的信噪比越高，低灰度值的像素点噪声所占成分更多，会对后续基于灰度值的计算引入更多误差。所以可通过设置像素灰度值的阈值（如8 bit CCD，光斑为达到饱和时最大灰度值为255，阈值可设置为30），增加选择光斑像素的信噪比，进而能够提高激发光光斑和探测光光班质心位置的计算精度。

通过上述的设置光斑质心位置的阈值定位方法能有效增强光斑定位精度，且精度一般可达1/10像素，最好地可达1/100像素精度，按照成像倍率计算，晶圆上光斑位置可达0.1微米定位精度以上，上述自动调控方法的精度达到了实亚微米，远高于现有技术的调控精度。

通过本发明所提供的所述激光合束方法，将所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离调节至小于或等于预设阈值，提高所述激发光光斑和探测光光斑的重合度，以达到计算膜厚的光学测量要求。

在一种可能的实施例中，在所述计算所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之前，包括：向第一调节器和/或第二调节器发送第二控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器分别根据所述第二控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述激发光光斑和/或所述探测光光斑位于所述成像模块的视场中心。

示例性地，通过CCD观测晶圆面上激发光光斑及探测光光斑的当前位置，若当前位置偏离CCD视场中心，可以通过所述控制模块对所述第一调节器或者所述第二调节器发送控制指令控制相应反射镜的倾斜角度或位移量，使得所述激发光光斑及所述探测光光斑移动到CCD视场中心。以第二调节器调节相应的反射镜为例来具体解释所述第二调节器如何调节相应反射镜的，首先以所述探测光光束与所述第二调节器所控制的反射镜的接触点为原点建立坐标系，XOY平面为所述第二调节器所控制的反射镜所在的平面，Z轴为探测光光路的光轴方向。且所述探测光光束的光束方向为反射镜表面反射光的传输方向，该光束方向在XOZ面投影与Z轴的夹角的大小为，该光束方向在YOZ面投影与Z轴的夹角的大小为，所述第二调节器调节该反射镜的倾斜角以调整/>和/>。在本实施例中，通过CCD观测待测样品上探测光光斑的当前位置，并通过上述实施例中任一项所述的终端设备对所述第二调节器发送控制指令控制相应反射镜的X和Y方向倾斜的角度/>和/>，可以调整待测样品表面上探测光光斑的移动，大致将探测光光斑调整至CCD视场中心，存在的数学关系为和/>，其中/>为所述第一透镜502的焦距，/>为探测光光斑在X方向移动的距离，/>为探测光光斑在Y方向移动的距离。上述方法能够自动调控激发光光斑和探测光光班位于CCD的视场中心，便于操作，调控效率高。一种可选择的调节方式是，根据CCD上的成像光斑，也可依据经验手动调节所述第一调节器或所述第二调节器，将CCD上的成像光斑向CCD的视场中心调整。

在本实施例中，通过将所述激发光光斑和所述探测光光斑调节至所述电荷耦合器件的视场中心，有利于观察所述激发光光斑和所述探测光光斑之间的距离差异，便于后续所述激发光光斑和所述探测光光斑的位置调节，同时，将上述两个光斑调整位于CCD视场中心，保证了激发光光斑和探测光光班在第一透镜单元的焦平面上重合，达到最佳合束效果，以便于获取高信噪比的信号。

基于上述任一实施例所提供的所述激光合束装置，本申请实施例提供一种光声测量装置，如图4所示，所述光声测量装置除了包括上述任一实施例所提供的所述激光合束装置的结构，还包括：斩波器7、光学延迟线8和探测器（图中未示出）。

所述激发光光束透过所述斩波器7后传播至所述第一反射单元301；所述光学延迟线8设置于所述第二反射单元302中；所述探测器接收所述探测光光束在所述待测样品表面形成探测光光斑的反射信号以获取探测信号。上述光声测量装置，可以自动调整激光合束，方便操作和维护；此外，相比手动调控，自动化调控还能达到更高的精度，激发光光斑和探测光光斑高度重合，能够获取更高信噪比的光声信号。

在一种可能的实施例中，如图5所示，所述光声测量装置还包括扩束模块9，所述扩束模块9接收所述激光束并对所述激光束进行扩束；所述第一分束模块2接收扩束后的激光束，并将所述扩束后的激光束分成激发光光束和探测光光束。在本实施例中，所述扩束模块9能够对所述激光束进行扩束和准直，便于得到所述激发光光束和所述探测光光束。

基于上述实施例所提供的所述光声测量装置，本申请实施例提供一种光声测量方法，其流程如图6所示，具体步骤如下：

S601，获取激发光光束在所述成像模块的探测面上形成的激发光光斑以及探测光光束在所述成像模块的探测面上形成的探测光光斑。

在本步骤中，可以通过遮挡器件遮挡所述激发光光束的传输，以获取所述探测光光束在所述成像模块的探测面的所述探测光光斑；同样地，可以通过遮挡器件遮挡所述探测光光束的传输，以获取所述激发光光束在所述成像模块的探测面上的所述激发光光斑。其中，所述遮挡器件可以人为控制，也可以通过受控于终端设备以完成自动控制。

S602，计算所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置。

S603，向第一调节器和/或第二调节器发送第一控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器根据所述第一控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值。

S604，当所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值时，探测器接收所述探测光光斑的反射信号以获取探测信号。

S605，基于所述探测信号，得到所述待测样品的特征参数。

基于上述实施例所提供的光声测量装置，本申请实施例提供了又一种光声测量方法，所述控制模块还可控制第一调节器和/或第二调节器，调节相应反射镜的位置，以补偿激发光光束和探测光光束之间的光程差，为不同批次设备间的测量工具的匹配提供可能性，以保证不同批次设备测量结果的一致性，并且自动化调控、补偿激发光光束和探测光光束之间的光程差，提高了设备长期运行测量结果的稳定性。

该调节方法的具体步骤包括：基于所述探测信号，获取所述探测信号的峰值位置，通过监测信号的峰值位置的变化，即通过判断信号的峰值位置的偏移，可以得知激发光光束和探测光光束之间光程差是否偏移以及对应的光程差偏移量，从而可以发送补偿激发光光束和探测光光束之间光程差的指令；可以向所述第一调节器和/或所述第二调节器发送第三控制指令以控制相应的反射镜的位置，使得所述激发光光束和/或所述探测光光束的光程发生改变，使得探测信号的峰值位置保持不变/不偏移，从而保证所述激发光光束和所述探测光光束的光程差为零的位置保持不变，能够实现对激发光光束和探测光光束之间光程差纳米级的精确调控、补偿。具体调节方式可包含并不局限于以下：

所述第一调节器和/或所述第二调节器沿着光线方向（两相互垂直的光传播方向）平移相应反射镜。

可以同时调节反射镜三个维度的倾斜角度，以达到相应反射镜沿镜面法线方向平移的作用。其中反射镜的平移方向包括：光线入射方向、光线反射方向和法线方向中的至少一种。其中，光线入射方向和光线反射方向相互垂直。

以上所述，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何在本申请实施例揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以该权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光合束装置，其特征在于，包括：激光器、第一分束模块、反射模块、合束模块、聚光模块、成像模块、控制模块；

所述第一分束模块接收所述激光器产生的激光束，并将所述激光束分成激发光光束和探测光光束；

所述反射模块包括第一反射单元和第二反射单元，所述第一反射单元接收所述激发光光束，并调整所述激发光光束的传播方向；所述第二反射单元接收所述探测光光束，并调整所述探测光光束的传播方向；

所述第一反射单元包括第一反射镜和用以调节所述第一反射镜位置的第一调节器，和/或所述第二反射单元包括第二反射镜和用以调节所述第二反射镜位置第二调节器；

所述合束模块接收经过第一反射单元的所述激发光光束和经过第二反射单元的所述探测光光束，并将所述激发光光束和所述探测光光束合束；

所述聚光模块接收合束后的所述激发光光束和所述探测光光束，以使所述激发光光束在待测样品表面形成激发光光斑，且使所述探测光光束在所述待测样品表面形成探测光光斑；

所述成像模块，用于分别获取所述激发光光斑的质心位置与所述探测光光斑的质心位置；

所述控制模块，基于所述激发光光斑的质心位置与所述探测光光斑的质心位置控制所述第一调节器调节所述第一反射镜的位置和/或控制所述第二调节器调节所述第二反射镜的位置，使得所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值。

2.根据权利要求1所述的激光合束装置，其特征在于，所述第一调节器包括压电陶瓷片、振镜、电机中的至少一种；所述第二调节器包括压电陶瓷片、振镜、电机中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的激光合束装置，其特征在于，所述聚光模块包括第一透镜单元、第二透镜单元、第二分束模块；

所述第二分束模块接收合束后的所述激发光光束和所述探测光光束，用于将所述激发光光束和所述探测光光束传播至所述第一透镜单元；

所述第一透镜单元聚焦所述激发光光束和所述探测光光束，以使所述激发光光束在所述待测样品表面形成激发光光斑，且使所述探测光光束在所述待测样品表面形成探测光光斑；

所述待测样品表面上的所述激发光光斑和所述探测光光斑的反射光或散射光经所述第一透镜单元回传经过所述第二分束模块、所述第二透镜单元，被收集至所述成像模块。

4.根据权利要求3所述的激光合束装置，其特征在于，所述第一透镜单元包括P个聚焦透镜，且所述第一透镜单元的焦点与所述成像模块的视场中心光学共轭；所述第二透镜单元包括K个聚焦透镜，所述P和所述K为正整数。

5.一种激光合束的方法，其特征在于，应用于如权利要求1至4中任一项所述的激光合束装置，包括：

获取激发光光束在所述成像模块的探测面上形成的激发光光斑以及探测光光束在所述成像模块的探测面上形成的探测光光斑；

计算所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置；

向第一调节器和/或第二调节器发送第一控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器根据所述第一控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值。

6.根据权利要求5所述的激光合束的方法，其特征在于，在所述计算所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之前，包括：

向第一调节器和/或第二调节器发送第二控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器根据所述第二控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述激发光光斑和/或所述探测光光斑位于所述成像模块的视场中心。

7.一种光声测量装置，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一项所述的激光合束装置，还包括：斩波器、光学延迟线和探测器；

所述激发光光束透过所述斩波器后传播至所述第一反射单元；

所述光学延迟线设置于所述第二反射单元中；

所述探测器接收所述探测光光束在所述待测样品表面形成探测光光斑的反射信号以获取探测信号。

8.根据权利要求7所述的光声测量装置，其特征在于，还包括扩束模块，所述扩束模块接收所述激光束并对所述激光束进行扩束；

所述第一分束模块接收扩束后的激光束，并将所述扩束后的激光束分成激发光光束和探测光光束。

9.一种光声测量方法，其特征在于，应用于如权利要求7至8中任一项所述的光声测量装置，包括：

获取激发光光束在所述成像模块的探测面上形成的激发光光斑以及探测光光束在所述成像模块的探测面上形成的探测光光斑；

计算所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置；

向第一调节器和/或第二调节器发送第一控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器根据所述第一控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值；

当所述激发光光斑的质心位置和所述探测光光斑的质心位置之间的距离小于或等于预设阈值时，探测器接收所述探测光光斑的反射信号以获取探测信号；

基于所述探测信号，得到所述待测样品的特征参数。

10.一种光声测量方法，其特征在于，应用于如权利要求7至8中任一项所述的光声测量装置，包括：

基于所述探测信号，获取所述探测信号的峰值位置；

向所述第一调节器和/或所述第二调节器发送第三控制指令，所述第一调节器和/或所述第二调节器根据所述第三控制指令调节相应反射镜的位置，使得所述探测信号的峰值位置保持不变。