[发明专利]具有单个基准表面的时域太赫兹测量系统

说明书

本发明提供了一种时域太赫兹(THz)测量系统，该系统包括单个基准表面。提供单个基准表面的基准梁被支撑在两个安装点处，两个安装点中的至少一个安装点是非固定安装点，以允许基准梁的热膨胀。系统在第一时间处采集不存在样品时的单个基准表面的空气扫描轮廓，并且在第二时间处采集存在样品时的样品扫描轮廓。系统还使用在采集空气扫描轮廓和样品扫描轮廓时收集的在样品边界之外的两个基准点处的距离测量结果来进行空气扫描轮廓的线性校正。系统测量样品的一个或多个特性，包括例如样品的厚度轮廓和样品的有效折射率轮廓。

背景技术

时域太赫兹(THz)系统可用于测量样品材料的各种特性。此类材料包括膜、非织造材料、纸材、磨料等。THz询问波以可测量与穿过样品材料传播的询问波相关联的传输时间的方式生成、穿过样品传输并被检测器接收。这可在透射或反射几何形状中完成，其中根据样品材料以及THz生成和检测系统，特定排布结构可能产生不同的益处。但是在任一种情况下，询问脉冲穿过样品的传输时间(包括可能由于样品中的界面而发生的多次反射)将受到样品的包括其总厚度(和层厚度)和折射率轮廓在内的各种特性的影响。因此，传输时间信号可用于测量样品的这些特性。

发明内容

一般来讲，本公开涉及用于使用具有单个基准表面的时域太赫兹系统测量样品的特性的系统和方法。可测量的特性包括例如样品的厚度轮廓、样品的各个层厚度以及样品和/或其层的有效折射率。

在一个示例中，本公开涉及一种时域太赫兹测量系统，该时域太赫兹测量系统包括：扫描框架；单个基准表面；太赫兹发射器，该太赫兹发射器在太赫兹发射器和单个基准表面之间的样品区域中不存在样品时的第一时间T_a处将太赫兹询问脉冲输出到样品区域中，并且在样品区域中存在样品时的第二时间T_b处将太赫兹询问脉冲输出到样品区域中；以及控制器，该控制器采集空气扫描轮廓，该空气扫描轮廓包括从单个基准表面反射的对应于在第一时间T_a处输出的询问信号的脉冲，并且该控制器采集样品扫描轮廓，该样品扫描轮廓包括从单个基准表面反射的对应于在第二时间T_b处输出的询问脉冲的脉冲，并且包括从样品反射的对应于在第二时间T_b处输出的询问脉冲的脉冲，其中控制器还采集空气距离测量结果，该空气距离测量结果包括在单个基准表面上的第一基准点x_A处反射的对应于在第一时间T_a处和第二时间T_b处输出的询问脉冲的脉冲，并且包括在单个基准表面上的第二基准点x_B处反射的对应于在第一时间T_a处和第二时间T_b处输出的询问脉冲的脉冲，其中第一基准点x_A和第二基准点x_B是单个基准表面上在样品区域之外的点，其中控制器还通过基于在第一时间T_a处和第二时间T_b处接收的点x_A和x_B处的空气距离测量结果，对在第一时间T_a处接收的空气扫描轮廓进行线性校正来计算经校正的空气扫描轮廓，并且基于经校正的空气扫描轮廓和样品扫描轮廓确定样品的厚度轮廓。

在一些示例中，单个基准表面包括基本上平坦的基准梁的表面和惰辊的表面中的一者。

在一些示例中，基准梁由热膨胀系数小于20.0ppm/℃的材料构成。

在一些示例中，时域太赫兹(THz)测量系统还包括在第一安装点处支撑基准梁的第一支撑梁和在第二安装点处支撑基准梁的第二支撑梁，其中第一安装点和第二安装点中的至少一个安装点是非固定安装点。

在一些示例中，第一安装点是固定安装点，并且第二安装点是非固定安装点。

在一些示例中，基准梁被支撑在第一安装点处和第二安装点处，并且第一安装点和第二安装点中的至少一个安装点是非固定安装点。

在一些示例中，非固定安装点包括狭槽和挠曲安装架中的一者。