FR3142256A3 - Dispositif de mesure photo-acoustique multipoints - Google Patents

Dispositif de mesure photo-acoustique multipoints Download PDF

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Abstract

L’invention présente un procédé de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon par excitations répétées de la surface d’un échantillon avec une séquence d’impulsions comprenant au moins une impulsion pompe par un premier laser « pompe » suivie par une succession de L impulsions décalées temporairement par un second laser « sonde », et l’analyse du faisceau émis par la surface dudit échantillon par un photodétecteur activé, pour l’acquisition des signaux délivrés par les photo détecteurs pendant des fenêtres temporelles constantes.

Description

Dispositif de mesure photo-acoustique multipoints Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine de la caractérisation non destructive et sans contact d’une propriété mécanique et/ou physico-chimique d’un échantillon, par analyse de l’onde acoustique produite par une interaction avec des faisceaux laser pompe et sonde.
Le domaine technique est plus particulièrement celui de la photo-acoustique, en particulier de la mesure utra-rapide non destructive des propriétés mécaniques, thermiques ou optiques d'un échantillon (matière inerte solide, liquide ou gazeuse ou cellule vivante). On entend par mesure ultra-rapide une mesure ayant une résolution temporelle de l'ordre de la picoseconde.
La méthode pompe-sonde permet de mesurer des phénomènes ultra-rapides dans la matière, à l’aide d’impulsions laser très courtes, comme le mouvement des atomes ou l’excitation des électrons.
Pour cela, une impulsion laser très courte et intense, la « pompe » est envoyée sur un échantillon pour l’exciter. Une deuxième impulsion plus faible, la « sonde », est envoyée juste après ce qui permet de mesurer l’effet de l’excitation initiale. En répétant et en modifiant le temps entre la première et la seconde impulsion, on peut ainsi reconstituer l’évolution de l’excitation au cours du temps et réaliser un enregistrement sur une fenêtre temporelle d’une mesure de l’intensité lumineuse dans le photodétecteur ou du nombre de photons compté par le photodétecteur.
L’absorption d’une première impulsion laser dite « pompe » provoque un échauffement brutal et donc une dilatation superficielle qui, selon la géométrie de l’objet étudié, soit se propage sous forme d’une impulsion acoustique d’une durée de quelques picosecondes, soit excite les vibrations résonantes du système. Les impulsions acoustiques ou les vibrations sont détectées à l’aide d’une seconde impulsion retardée temporellement (par méthode optique dans le cas de l’homodyne seulement), « la sonde », par la mesure interférométrique des changements du coefficient de réflectivité optique induits par les ondes acoustiques transitoires. Le domaine de l’acoustique picoseconde s’est développé ces dernières années et a permis l’étude des propriétés élastiques de films minces, de systèmes multicouches, de nanostructures et de nanoparticules, la détection de phénomènes de contraintes et de désordre aux interfaces, la mesure de l’adhésion, …L’acoustique picoseconde a également été utilisée pour l’étude de systèmes massifs. Parallèlement, des applications industrielles dans le domaine de l’évaluation non destructive dans l’industrie microélectronique ont vu le jour et ont conduit à la mise au point de dispositifs de mesure commerciaux.
 Etat de la technique
On connaît dans l’état de la technique le brevet français FR3103896A1 décrivant un procédé de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon par excitations répétées de la surface d’un échantillon avec une séquence d’impulsions comprenant au moins une impulsion pompe par un premier laser « pompe » suivie par une succession de L impulsions décalées temporairement par un second laser « sonde », et l’analyse du faisceau émis par la surface dudit échantillon par un photodétecteur activé, pour l’acquisition des signaux délivrés par les photo détecteurs pendant des fenêtres temporelles constantes. On connait aussi l’article Neta TECH « JAX-M1 » janvier 2018 XP055735269 de la demanderesse ainsi que le brevet japonais JP H05172737.
Inconvénients de l’art antérieur
La solution proposée dans l’art antérieur présente de multiples inconvénients des disparités de la réflectivité de l’échantillon, notmment lorsqu’il est constitué de plusieurs matériaux différents. Ces disparités peuvent « aveugler » certains des photodétecteurs
Solution apportée par l’invention
Afin de remédier à ces inconvénients, l’invention concerne selon son acception la plus générale un équipement de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon comprenant deux sources laser impulsionnelles pour l’émission respectivement un faisceau « pompe » et un faisceau « sonde », ainsi qu’une matrice photodétectrice à N dimensions de M photodétecteurs, et au moins un dispositif de mise en forme d'un faisceau pour transformer la distribution d’un faisceau « pompe » et d’un faisceau « sonde » en une distribution spatiale uniforme de type « Top hat » selon N dimensions, N étant égal à un ou à deux et en ce que ledit détecteur est constitué par une matrice à N dimensions de M photodétecteurs mesurant chacun le nombre de photons avant et après ladite impulsion sonde, et avant l’impulsion pompe suivante, avec M supérieur à 2, caractérisé en ce qu’il comporte un moyen de pilotage du gain de chacun desdits photodétecteurs est par un signal fonction de la tension de sortie dudit photodétecteurs d’une part et de la tension de saturation d’un photodétecteur d’autre part.
Avantageusement, ledit moyen de pilotage du gain comprend des comparateurs de la tension de sortie de chacun desdits photodétecteurs avec un paramètre correspondant à la tension de saturation d’un photodétecteur, lesdits comparateurs commandant la sélection d’un niveau de gain appliqué au photodétecteur correspondant.
Selon une variante, l’équipement comporte en outre un moyen de automatiquement l’ajustement de l’atténuation optique de l’intensité lumineuse envoyée dans la matrice de photodétection avant échantillon en fonction d’un traitement prenant en compte les tensions moyennes, des N photodétecteurs de la matrice de photodétection (200), pour les voies avant et après échantillon.
Selon une autre variante, il comporte un atténuateur optique motorisé et avantageusement un circuit d’acquisition des tensions moyennes des N photodiodes de la matrice d’éléments, pour les voies avant et après échantillon, et d’un moyen de comparaison des valeurs moyennes issues du photodétecteur différentiel de pilotage pilotant, en boucle fermée, dudit dispositif motorisé d’atténuation optique
L’invention concerne aussi un procédé de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon par excitations répétées de la surface d’un échantillon avec une séquence d’impulsions comprenant au moins une impulsion pompe par un premier laser « pompe » suivie par une succession de L impulsions décalées temporairement par un second laser « sonde », et l’analyse du faisceau émis par la surface dudit échantillon par une matrice photodétectrice à N dimensions de M photodétecteurs, avec M supérieur à 2, activé pour l’acquisition des signaux délivrés par les photo détecteurs pendant des fenêtres temporelles constantes, lesdites faisceaux pompe et sonde présentent une distribution spatiale uniforme de type « Top hat » selon N dimensions, N étant égal à un ou à deux, le procédé consistant à enregistrer pour chaque séquence une matrice MPDde MxL valeurs de signaux délivrés par chacun desdits photodétecteurs avant et après ladite impulsion sonde, et avant l’impulsion pompe suivante, et à appliquer au moins un traitement numérique à ladite matrice pour établir une cartographie de la zone de l’échantillon analysée par ledit détecteur sous forme d’une matrice MCCdes valeurs de la caractéristique physique observée pour Q points de la zone analysée, Q étant compris entre 1 et M
caractérisé en ce que
le gain de chacun desdits photodétecteurs est piloté par un signal fonction de la tension de sortie dudit photodétecteurs d’une part et de la tension de saturation d’un photodétecteur d’autre part.
Selon une variante, on pilote automatiquement l’ajustement de l’atténuation optique de l’intensité lumineuse envoyée dans la matrice de photodétection (200) avant échantillon en fonction d’un traitement prenant en compte les tensions moyennes, des N photodétecteurs (201 à 205) de la matrice de photodétection (200), pour les voies avant et après échantillon.
L’invention concerne aussi l’application du procédé susvisé pour la cartographie à N dimensions :
  • de l’épaisseur d’une couche de revêtement d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2
  • du module d’Young d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2
  • de la force d’adhésion d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2.
  • de l’état cristallin d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2.
Description détaillée d’un mode non limitatif de l’invention
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La représente une vue schématique du système de mesure
La représente une vue schématique d’une configuration particulière incidence normale
La représente une vue schématique détaillée du photo-détecteur matriciel
La représente une vue schématique d’une matrice d’éléments photo sensibles
La représente une vue schématique du monitoring du photo-détecteur.
La représente une vue schématique du pilotage du gain des photo-détecteurs.
Principes généraux de l’invention
L’invention combine l’utilisation d’un faisceau pompe pour l’excitation et d’un faisceau sonde pour la détection, qui sont générés par un système synchrone ou asynchrone avec un dispositif de mise en forme des faisceaux en ligne ou en matrice carrée, puis un moyen d’acquisition du faisceau sonde avant et après perturbation par l’échantillon. L’acquisition est réalisée par discrétisation de signal de sonde en n points par photo-détecteur à matrice d’éléments avec soustraction du signal après perturbation par le signal avant perturbation, puis par la numérisation du signal différentiel et la reconstruction temporelle de la réponse de l’échantillon.
L’équipement de cartographie d’une caractéristique physique d’un échantillon selon l’invention, décrit à titre d’exemple comprend un système (100) de deux sources laser produisant deux faisceaux (110, 120), un faisceau pompe (120) et un faisceau sonde (110) décalés temporellement avec réglage possible du retard.
Le faisceau pompe (120) présente un facteur de forme en ligne ou de forme carrée matricielle, à forme non gaussienne (« top hat beam »).
Le faisceau sonde (110) présente un facteur de forme en ligne ou en forme carrée matricielle, identique au faisceau pompe.
Un faisceau de type « top hat » présente une fluence presque uniforme (densité d'énergie) dans un disque circulaire. Il est généralement formé d'éléments optiques diffractifs issus d'un faisceau gaussien. Il peut être obtenu par association d’un profileur de faisceau (« Laser beam profiler ») à un laser picoseconde ou un laser femtoseconde.
Le système comporte en outre un photo-détecteur différentiel (200) à matrice d’éléments (201 à 205) en ligne ou de forme carrée matricielle mesurant sur chacun de ses points la différence des signaux avant et après perturbation du faisceau sonde incident sur l’échantillon. Il permet éventuellement, en variante, la sortie des valeurs moyennes respectives des signaux aller et retour afin d’équilibrer les moyennes respectives des signaux aller et retour sur une valeur unique de référence. Les signaux électriques délivrés par lesdits éléments (201 à 205) sont transmis à un circuit de prétraitement (210) puis à un numériseur analogique digital (210) permettant d’enregistrer les signaux de réponse mesurés par le photo-detecteur (200).
Une configuration préférée illustrée par la consiste à disposer les faisceaux pompe (111 à 113) et sonde (121 à 123) avec un angle d’incidence quelconque par rapport au plan d’interaction de l’échantillon (150), l’angle des deux faisceaux entre eux étant compris entre 0° et 180°. Un cas particulier de cette configuration apparaît lorsque l’angle d’incidence de la sonde (121 à 123) par rapport à la normale de l’échantillon (150) est de 0°.
Dans ce cas il est nécessaire d’ajouter un certain nombre d‘éléments optiques.
De même, lorsque l’angle entre les faisceaux sonde (121 à 123) et pompe (111 à 113) est de 0°, il est nécessaire d’ajouter un élément optique (130) permettant la recombinaison des faisceaux entre eux.
Le système est constitué d’un dispositif (100) synchrone ou asynchrone permettant de générer deux faisceaux laser (110, 120) impulsionnel décalés temporellement, un faisceau Sonde (110) et un faisceau Pompe (120). Les longueurs d’onde des faisceaux sont indépendantes ; pour le faisceau Sonde (110) les longueurs d’onde sont comprises à l’intérieur de la bande spectrale du photodétecteur (200).
Le faisceau Pompe (120), issu d’un dispositif asynchrone ou synchrone, passe dans un dispositif optique (125) de mise en forme du faisceau (120). En sortie du dispositif le faisceau dispose d’une forme adaptée à la matrice de capteur du photodétecteur et d’une répartition uniforme de l’énergie sur toute sa surface (forme dite « top hat » du signal).
Le faisceau Sonde (110), issu d’un dispositif asynchrone ou synchrone (100), passe dans une optique de prélèvement qui permet de prélever une fraction de puissance pour l’envoyer dans une des matrices d’éléments du photo-détecteur différentiel (200) à matrice d’éléments (201 à 205). Au départ, le faisceau sonde passe par un dispositif optique de mise en forme (115,) du faisceau. En sortie du dispositif le faisceau dispose d’une forme adaptée à la matrice de capteurs du photodétecteur (200) et d’une répartition uniforme de l’énergie sur toute sa surface (forme dite « top hat » du signal).
Puis, dans le cas de la configuration avec une incidence normale du faisceau sonde (110) sur l’échantillon (150) illustrée par la , le faisceau sonde passe à travers une optique semi réfléchissante.
Puis, dans le cas d’un angle de 0° entre les faisceaux pompe (120) et sonde (110), les faisceaux sont recombinés dans une optique de recombinaison permettant de leur donner une orientation unique sur l’échantillon (150).
Enfin les deux faisceaux (110, 120) sont focalisés sur l’échantillon par l’intermédiaire d’un dispositif de focalisation optique. Dans le cas d’une configuration à incidence non normale du faisceau sonde sur l’échantillon, le faisceau sonde passe dans deux dispositifs de focalisation optiques différents, les trajets avant et après échantillon n’étant pas similaires l’optique semi-réfléchissante n’est pas utilisée dans cette configuration.
Le faisceau sonde réfléchi ou transmis (151 à 153) par l’échantillon (150) est alors injecté dans le photo-détecteur différentiel (200) à matrice d’éléments (201 à 205). La matrice d’éléments (201 à 205) du photo-détecteur (200) discrétise le signal en n signaux.
Puis ces signaux sont soustraits au signal de sonde mesuré avant réflexion ou transmission du faisceau sonde sur l’échantillon. Les signaux sont conditionnés puis numérisés par le numériseur A/D multivoies (220). De plus, le numériseur (220) est synchronisé avec les sources lasers (100) pour permettre une reconstruction temporelle des n réponses de l’échantillon (150) par un traitement numérique des mesures.
Dans le cas d’une incidence normale de la voie sonde sur l’échantillon (150), Le faisceau sonde réfléchi ou transmis (151 à 153) par l’échantillon (150) est réfléchi par l’optique semi-réfléchissante dans le photo-détecteur différentiel (200) à matrice d’éléments. La matrice d’éléments (201 à 205) du photo-détecteur discrétise le signal en n signaux. Puis ces signaux sont soustraits au signal de sonde mesuré avant réflexion ou transmission du faisceau sonde sur l’échantillon (150). Les signaux sont conditionnés puis numérisés par le numériseur A/D multivoies (220). De plus, le numériseur est synchronisé avec les sources laser pour permettre une reconstruction temporelle des n réponses de l’échantillon par un traitement numérique des mesures.
Le photo-détecteur différentiel (200) à matrice d’éléments (201 à 205) est constitué d’une matrice d’éléments photosensibles pouvant aller jusqu’à 64 éléments répartis en une ligne ou disposés en carré de 8x8. La réponse spectrale de ces photo éléments (201 à 205) permet de couvrir une bande spectrale allant de 190 à 1700nm. Les fonctions couvertes par le photo-détecteur sont :
  • Conversion courant/tension : Cette fonction (montage trans-impédance) permet de convertir des faibles courants générés par les éléments photosensibles en une tension exploitable. Il y a autant de modules de conversion courant/tension que d’éléments photosensibles.
  • Soustraction : Cette fonction permet de récupérer le signal utile, c’est-à-dire, la réponse de l’échantillon en réalisant la différence entre le signal avant échantillon et les signaux après échantillon seule les perturbations générées par l’échantillon restent dans le signal.
  • Conditionnement des signaux : permet de mettre en forme les signaux avant acquisition par le numériseur.
Les faisceaux sonde (110) et pompe (120) peuvent être décalés spatialement sur l’échantillon (150) afin de mesurer des phénomènes physiques transverses.
Le système de scanner peut être réalisé avec deux miroirs mobiles ou par l’intermédiaire de deux lentilles dont la première est décentrée par rapport à la seconde.
Photodétecteurs
Les figures 3 à 5 illustrent le schéma du photodétecteur (200).
Le photo-détecteur matriciel (200) pourra être équipé de voies de monitoring des puissances optiques permettant de visualiser la puissance optique moyenne de la sonde avant et après échantillon, pour équilibrer les voies différentielles du détecteur et optimiser les signaux. L’avantage des capteurs en ligne/carré est que les éléments sont à cathode commune.
Le courant traversant la cathode est la somme de tous les courants générés par chaque élément photo-sensible (201 à 205). Le courant traversant la résistance R (206) crée une tension à ses bornes. On amplifie cette tension à l’aide d’un amplificateur (207) pour obtenir une tension proportionnelle à la puissance optique sur le capteur en ligne. Un seul monitoring sera ainsi nécessaire pour le capteur en ligne/carré.
Le photo-détecteur (200) est équipé de d’une matrice de n éléments photosensibles sur la voie retour d’échantillon et d’un seul élément photosensible ou d’une matrice de n éléments sur la voie de prélèvement avant échantillon. Les courants générés sont alors convertis en tension avant de réaliser la différence entre les signaux.
Les signaux peuvent être multiplexés en sortie du photo-détecteur afin de limiter le nombre de voies du numériseur.
Pilotage du gain de chaque photodétecteur
Dans le cas d’un échantillon avec un motif de surface et des matériaux différents impliquant des réflectivités optiques différentes, la différence de réflectivité peut entrainer la saturation de certain capteur de la matrice d’éléments (200 et 200’). Dans le cas d’une mesure ponctuelle la différence de réflectivité est compensée par l’ajout d’un dispositif d’atténuation optique globale devant le photodétecteur (200 et 200’) permettant de réduire l’intensité lumineuse envoyée dans les photodiodes (201 à 204 et 201’ à 204’).
L’ajout d’un dispositif de sélection du gain d’amplification électronique de chaque voie du détecteur à matrice d’éléments (200 et 200’) permet d’éviter la saturation en adaptant indépendamment le gain de la partie conditionnement électronique 1, pour chaque photodiode (201 à 204 et 201’ à 204’) composant la matrice d’éléments (200 et 200’).
Chaque photodiode (201 à 204) peut être équipée de N gain sélectionnables. N étant supérieur à 2. Les gains sont identiques pour chaque paire de photodiodes (201, 202, 203, 204 et 201’, 202’, 203’, 204’)) du détecteur à matrice d’élément (200 et 200’).
La sélection du gain peut être effectuée de façon électronique en pilotant le dispositif de sélection du gain après comparaison de la tension de sortie avec la tension de saturation. Si la tension de sortie est supérieure ou égale à la tension de saturation, le gain de l’étage de conditionnement électronique 1 (301, 302) est automatiquement ajusté. Le circuit électronique comprend pour chaque paire de photodiodes (201, 202, 203, 204 et 201’, 202’, 203’ et 204’) un circuit de détection de saturation (311, 312) associé à un circuit de conditionnement électrique 2 (321, 322)
La sélection du gain de l’étage de conditionnement électronique 1 (301, 302) peut également être effectuée par une solution logicielle externe. Après l’acquisition des signaux, les tensions de sorties sont comparées à la tension de saturation. Si une ou plusieurs sorties sont égales ou supérieures à la tension de saturation, une commande logicielle permet d’ajuster le gain du ou des étages de conditionnement électronique 1 associé à chaque paire de photodiodes (201, 202, 203, 204 et 201’, 202’, 203’ et 204’).
Chaque matrice de photodiodes différencielle (200 et 200’) est polarisée par un circuit de gestion (361, 362).
Problème :
Dans le cas d’un échantillon avec un motif de surface et des matériaux différents impliquant des réflectivités optiques différentes et dans le cas de l’acquisition d’une image réalisée avec N acquisitions d’une matrice de M éléments, la valeur moyenne de l’intensité optique envoyée dans le photodétecteur différentielle avant et/ou après échantillon peut varier. Cela entraine une dégradation de l’équilibrage des voies du photodétecteur et de fait une dégradation du rapport signal sur bruit de la mesure. La solution actuelle est de régler manuellement l’atténuation optique de l’intensité lumineuse envoyée dans le photodétecteur avant échantillon.
Atténuation optique automatisée
. Dans le cas d’un échantillon avec un motif de surface et des matériaux différents impliquant des réflectivités optiques différentes et dans le cas de l’acquisition d’une image réalisée avec N acquisitions d’une matrice de M éléments, la valeur moyenne de l’intensité optique envoyée dans le photodétecteur différentielle avant et/ou après échantillon peut varier. Cela entraine une dégradation de l’équilibrage des voies du photodétecteur et de fait une dégradation du rapport signal sur bruit de la mesure.
Le dispositif comporte à cet effet un atténuateur optique motorisé associé à un circuit de commande assurant la comparaison des valeurs moyennes issues du photodétecteur différentiel (201, 204 ; 202, 203) et pilotant, en boucle fermée, un dispositif motorisé d’atténuation optique.
Traitement des signaux
Les signaux numérisés sont enregistrés dans une table constituée des valeurs de chacun des éléments (201 à 205), pour les différents moments des impulsions sonde, pouvant être représentés sous la forme d’un ensemble de courbes de l’intensité lumineuse mesurée par le photodétecteur ou du nombre de photons compté par le photodétecteur par rapport au temps. Elles présentent une valeur maximale correspondant au décalage nul entre l’impulsion pompe et la première impulsion sonde, puis des valeurs généralement décroissantes.
Ces courbes sont traitées pour extraire des informations caractéristiques telles que des points singuliers ou la pente de certains segments.
Cette matrice numérique est traitée par une matrice de transformation associant les valeurs numériques issues du photodétecteur (200) aux valeurs de la caractéristique physique étudiée. Cette matrice de transformation peut être construite de manière empirique, ou par apprentissage supervisé. Elle peut être réévaluée régulièrement en fonction du résultat des mesures effectuées.
Cette matrice de transformation peut être enregistrée sur un support pour permettre la personnalisation d’un équipement de cartographie, par exemple par accès à une mémoire en ligne ou sous la forme d’une mémoire physique insérable dans un connecteur prévu à cet effet dans l’équipement.
Applications
L’équipement selon l’invention est adapté à différentes applications :
  • Contrôle non destructif de motifs structurels de surfaces ou de couches successives d’échantillons.
  • Imagerie de cellules vivantes qui sont mouvantes par essence, ce qui en particulier interdit l’usage de « poses » de longue durée.
  • Caractérisation et cartographie de nanoparticules sur un substrat, nombre, taille et répartition.
  • Imagerie de phénomènes de variation d’homogénéité des propriétés physiques d’un échantillon suite à un évènement bref et non reproductible. Par exemple, évolution de la conductivité thermique de couches minces lors de l’usinage laser.
  • Imagerie d’ondes de surface sans déplacement de la sonde par rapport à la pompe.

Claims (11)

  1. Équipement de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon comprenant deux sources laser impulsionnelles (110, 120) pour l’émission respectivement un faisceau « pompe » et un faisceau « sonde », ainsi qu’une matrice photodétectrice (200) à N dimensions de M photodétecteurs (201 à 205), et au moins un dispositif de mise en forme d'un faisceau pour transformer la distribution d’un faisceau « pompe » et d’un faisceau « sonde » en une distribution spatiale uniforme de type « Top hat » selon N dimensions, N étant égal à un ou à deux et en ce que ledit détecteur est constitué par une matrice à N dimensions de M photodétecteurs (201 à 205)mesurant chacun le nombre de photons avant et après ladite impulsion sonde, et avant l’impulsion pompe suivante, avec M supérieur à 2, caractérisé en ce qu’il comporte un moyen de pilotage du gain de chacun desdits photodétecteurs (201 à 205) est par un signal fonction de la tension de sortie dudit photodétecteurs (201 à 205) d’une part et de la tension de saturation d’un photodétecteur (201 à 205)d’autre part.
  2. Équipement de caractérisation physique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moyen de pilotage du gain comprend des comparateurs de la tension de sortie de chacun desdits photodétecteurs (201 à 205) avec un paramètre correspondant à la tension de saturation d’un photodétecteur (201 à 205), lesdits comparateurs commandant la sélection d’un niveau de gain appliqué au photodétecteur correspondant (201 à 205).
  3. Équipement de caractérisation physique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu’il comporte en outre un moyen de pilotage automatiquement l’ajustement de l’atténuation optique de l’intensité lumineuse envoyée dans la matrice de photodétection (200) avant échantillon en fonction d’un traitement prenant en compte les tensions moyennes, des N photodétecteurs (201 à 205) de la matrice de photodétection (200), pour les voies avant et après échantillon.
  4. Équipement de caractérisation physique selon la revendication 3 caractérisé en ce qu’il comporte un atténuateur optique motorisé.
  5. Équipement de caractérisation physique selon la revendication 3 caractérisé en ce qu’il comporte un circuit d’acquisition des tensions moyennes des N photodiodes (201 à 205) de la matrice d’éléments, pour les voies avant et après échantillon, et d’un moyen de comparaison des valeurs moyennes issues du photodétecteur différentiel de pilotage pilotant, en boucle fermée, dudit dispositif motorisé d’atténuation optique
  6. Procédé de caractérisation physique non destructif et sans contact d’un échantillon par excitations répétées de la surface d’un échantillon (150) avec une séquence d’impulsions comprenant au moins une impulsion pompe par un premier laser « pompe » (120) suivie par une succession de L impulsions décalées temporairement par un second laser « sonde » (110), et l’analyse du faisceau émis par la surface dudit échantillon par une matrice photodétectrice (200) à N dimensions de M photodétecteurs (201 à 205), avec M supérieur à 2, activé pour l’acquisition des signaux délivrés par les photo détecteurs (201 à 205) pendant des fenêtres temporelles constantes , lesdites faisceaux pompe (120) et sonde (110) présentent une distribution spatiale uniforme de type « Top hat » selon N dimensions, N étant égal à un ou à deux, le procédé consistant à enregistrer pour chaque séquence une matrice MPDde MxL valeurs de signaux délivrés par chacun desdits photo-détecteurs avant et après ladite impulsion sonde, et avant l’impulsion pompe suivante, et à appliquer au moins un traitement numérique à ladite matrice pour établir une cartographie de la zone de l’échantillon analysée par ledit détecteur sous forme d’une matrice MCCdes valeurs de la caractéristique physique observée pour Q points de la zone analysée, Q étant compris entre 1 et M
    caractérisé en ce que
    le gain de chacun desdits photodétecteurs (201 à 205) est piloté par un signal fonction de la tension de sortie dudit photodétecteurs (201 à 205) d’une part et de la tension de saturation d’un photodétecteur (201 à 205) d’autre part.
  7. Procédé de caractérisation physique d’un échantillon selon la revendication 6 caractérisé en ce que l’on pilote automatiquement l’ajustement de l’atténuation optique de l’intensité lumineuse envoyée dans la matrice de photodétection (200) avant échantillon en fonction d’un traitement prenant en compte les tensions moyennes, des N photodétecteurs (201 à 205) de la matrice de photodétection (200), pour les voies avant et après échantillon.
  8. Application du procédé selon la revendication 6 pour la cartographie à N dimensions de l’épaisseur d’une couche de revêtement d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2.
  9. Application du procédé selon la revendication 6 pour la cartographie à N dimensions du module d’Young d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2
  10. Application du procédé selon la revendication 6 pour la cartographie à N dimensions de la force d’adhésion d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2.
  11. Application du procédé selon la revendication 6 pour la cartographie à N dimensions de l’état cristallin d’un échantillon, avec N égal à 1 ou à 2.
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