[发明专利]一种太赫兹叠层成像探针位置误差校正方法

权利要求书

1.一种太赫兹叠层成像探针位置误差校正方法，实现该方法的成像系统光路包括二氧化碳泵浦连续太赫兹激光器，两个镀金离轴抛物面镜，带圆孔掩膜板，被测样品，三维电动平移台，面阵式热释电探测器；二氧化碳泵浦连续太赫兹激光器作为辐射源；离轴抛物面镜将激光器辐射出的连续太赫兹波扩束准直成平行光；掩膜板中心为一个直径为3.3mm的小孔；被测样品置于掩膜板与面阵式热释电探测器之间，被测样品贴近掩膜板，同时尽量靠近探测器，样品固定在三维电动平移台上，三维电动平移台x轴、y轴用以水平、垂直移动待测样品，z轴调节样品沿光轴方向的位置；太赫兹波由激光器生成后，通过两个离轴抛物面镜进行扩束准直，经过掩膜板照射在样品上，透过样品后由热释电探测器记录；通过移动三维平移台，热释电探测器采集到样品交叠的小孔衍射图I_j(u)，其中j＝1,2,3…J，J是衍射图样的总数；

其特征在于：该方法将探测器采集到的衍射图样进行角谱回传到物平面，由于物平面的衍射图包含着物函数的信息，通过对相邻两幅衍射图回传的物面幅值做互相关运算，由于物面幅值交叠处存在着重复的部分，所以通过寻找相关峰得出相邻两幅探针位置的偏移量，定义初始点位置后便得到全部探针的位置信息，将求得的位置作为输入，用来作为叠层迭代算法探针的位置坐标；

提高迭代算法的运算效率以及收敛速度的步骤如下：

S1调节探针与被测样品间距为d₁，被测样品与探测器间距为d₂，去掉探针，用探测器记录样品的全息图I₀(u)，利用全息自聚焦算法，精准计算出衍射距离d₂；

S2将探针加入光路中，按照电动平移台的扫描路径依次采集样品的小孔衍射图I_j(u)，其中j＝1,2,3…J，J是衍射图样的总数；

S3利用角谱回传算法通过对小孔衍射图I_j(u)求得初始位置坐标；求得位置坐标的过程分为以下四个步骤：

S3.1样品透过率函数和探针函数分别表示为O(r)和P(r)，物平面的复振幅分布为O(r)P(r)，则测量的小孔衍射图I_j(u)的强度表示为：

I_j(u)＝|GO(r-R_j)P(r)|² (1)

其中r＝(x,y)是物平面上的坐标向量，R_j＝(X_j,Y_j)表示第j个衍射图样的平移向量；G表示衍射传播算子，传播距离为物面到探测器面间距d₂；

S3.2第一个位置物面复振幅ψ₁(r)表示为：

复振幅还能够表示为样品透过率函数O(r-R₁)与探针函数P(r)相乘的形式：

ψ₁(r)＝O(r-R₁)P(r) (3)

其包含着第一个物函数的位置信息；第二个位置物面复振幅ψ₂(r)表示为：

其包含着第二个物函数的位置信息；

S3.3通过角谱回传物面求得的ψ₁(u)与ψ₂(u)进行亚像素匹配；首先将其分别做快速傅里叶变换得到其频谱分布Ψ₁(v)和Ψ₂(v)，计算其中表示Ψ₂(v)的复共轭；将结果嵌入一个放大k倍的矩阵中，k的大小由亚像素精度决定，矩阵的其他部分由零填充；将矩阵进行快速傅里叶变换获得上采样互相关，通过定位峰值确定探针位置的偏移量(Δx₁,Δy₁)，按照迭代顺序依次算出其余的位置偏移量；

位移偏移量表示为：

Δx＝(Δx₁,Δx₂,...Δx_J-1) (5)

Δy＝(Δy₁,Δy₂,...Δy_J-1) (6)

S3.4定义初始物函数的位置坐标(x₁,y₁)，根据

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)

从而以亚像素精度算出其余对应的探针中心位置坐标。