[發明專利]一種太赫茲疊層成像探針位置誤差校正方法

有效

• 申請號: 201811156782.2
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109374580B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 王大勇;戎路;唐超;王云新;趙潔
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/45
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種太赫茲疊層成像探針位置誤差校正方法，實現該方法的成像系統光路包括二氧化碳泵浦連續太赫茲激光器，兩個鍍金離軸拋物面鏡，帶圓孔掩膜板，被測樣品，三維電動平移臺，面陣式熱釋電探測器；二氧化碳泵浦連續太赫茲激光器作為輻射源；離軸拋物面鏡將激光器輻射出的連續太赫茲波擴束準直成平行光；掩膜板中心為一個直徑為3.3mm的小孔；被測樣品置于掩膜板與面陣式熱釋電探測器之間，被測樣品貼近掩膜板，同時盡量靠近探測器，樣品固定在三維電動平移臺上，三維電動平移臺x軸、y軸用以水平、垂直移動待測樣品，z軸調節樣品沿光軸方向的位置；太赫茲波由激光器生成后，通過兩個離軸拋物面鏡進行擴束準直，經過掩膜板照射在樣品上，透過樣品后由熱釋電探測器記錄；通過移動三維平移臺，熱釋電探測器采集到樣品交疊的小孔衍射圖I_j(u)，其中j＝1,2,3…J，J是衍射圖樣的總數；

其特征在于：該方法將探測器采集到的衍射圖樣進行角譜回傳到物平面，由于物平面的衍射圖包含著物函數的信息，通過對相鄰兩幅衍射圖回傳的物面幅值做互相關運算，由于物面幅值交疊處存在著重復的部分，所以通過尋找相關峰得出相鄰兩幅探針位置的偏移量，定義初始點位置后便得到全部探針的位置信息，將求得的位置作為輸入，用來作為疊層迭代算法探針的位置坐標；

提高迭代算法的運算效率以及收斂速度的步驟如下：

S1調節探針與被測樣品間距為d₁，被測樣品與探測器間距為d₂，去掉探針，用探測器記錄樣品的全息圖I₀(u)，利用全息自聚焦算法，精準計算出衍射距離d₂；

S2將探針加入光路中，按照電動平移臺的掃描路徑依次采集樣品的小孔衍射圖I_j(u)，其中j＝1,2,3…J，J是衍射圖樣的總數；

S3利用角譜回傳算法通過對小孔衍射圖I_j(u)求得初始位置坐標；求得位置坐標的過程分為以下四個步驟：

S3.1樣品透過率函數和探針函數分別表示為O(r)和P(r)，物平面的復振幅分布為O(r)P(r)，則測量的小孔衍射圖I_j(u)的強度表示為：

I_j(u)＝|GO(r-R_j)P(r)|² (1)

其中r＝(x,y)是物平面上的坐標向量，R_j＝(X_j,Y_j)表示第j個衍射圖樣的平移向量；G表示衍射傳播算子，傳播距離為物面到探測器面間距d₂；

S3.2第一個位置物面復振幅ψ₁(r)表示為：

復振幅還能夠表示為樣品透過率函數O(r-R₁)與探針函數P(r)相乘的形式：

ψ₁(r)＝O(r-R₁)P(r) (3)

其包含著第一個物函數的位置信息；第二個位置物面復振幅ψ₂(r)表示為：

其包含著第二個物函數的位置信息；

S3.3通過角譜回傳物面求得的ψ₁(u)與ψ₂(u)進行亞像素匹配；首先將其分別做快速傅里葉變換得到其頻譜分布Ψ₁(v)和Ψ₂(v)，計算其中表示Ψ₂(v)的復共軛；將結果嵌入一個放大k倍的矩陣中，k的大小由亞像素精度決定，矩陣的其他部分由零填充；將矩陣進行快速傅里葉變換獲得上采樣互相關，通過定位峰值確定探針位置的偏移量(Δx₁,Δy₁)，按照迭代順序依次算出其余的位置偏移量；

位移偏移量表示為：

Δx＝(Δx₁,Δx₂,...Δx_J-1) (5)

Δy＝(Δy₁,Δy₂,...Δy_J-1) (6)

S3.4定義初始物函數的位置坐標(x₁,y₁)，根據

x_j＝x_j-1+Δx_j-1(j＝2,3,...,J) (7)

y_j＝y_j-1+Δy_j-1(j＝2,3,...,J) (8)

從而以亞像素精度算出其余對應的探針中心位置坐標。