纳米量级物体探测方法、系统、设备及存储介质技术方案

本申请涉及一种纳米量级物体探测方法、设备及存储介质，其方法包括：获取沿光轴对待测物体进行离焦扫描得到的多幅强度图像，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分；建立散射力、功与光强的一阶轴向微分之间的关系式；将探测光的光强的一阶轴向微分代入所述关系式，得到待测物体对探测光的散射力以及功，从而实现待测物体的探测。本申请具有探测效率高、灵敏度高的技术效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
纳米量级物体探测方法、系统、设备及存储介质


[0001]本申请涉及纳米量级显微测量
，尤其是涉及一种纳米量级物体探测方法、系统、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]在先进微纳米制造不断发展的前提下，各种微纳器件的集成度也不断提高。但由环境中的粉尘颗粒或加工制造过程等引起的纳米级扰动，将降低器件的性能甚至影响整个制造供应链。
[0003]原子力显微镜与扫描隧道显微镜虽然可以提供纳米级甚至更高的成像分辨率，但需要利用探针在待测对象表面执行扫描过程，这极大限制了其应用范围。广泛用于微纳表征的扫描电子显微镜，其小视场及需要对样品表面进行电子束轰击也限制了大面积微纳器件的无损检测，尽管很多学者希望使用多电子束来提高视场大小，但仍然难以突破电子间排斥这一物理限制。
[0004]基于光学原理的显微镜等测量手段由于具有大视场与低曝光的特点，可以实现非接触式测量与较高的测量效率，但来自成像器件方面的噪声，如光学透镜的缺陷、机械部件的不稳定、相机的散粒噪声与读出噪声，以及样品的边缘粗糙度与线宽粗糙度等，无疑降低了使用光学手段测量时的信噪比。
[0005]所以如何提高成像系统对各种噪声的鲁棒性与对纳米级扰动的灵敏度，是实现高效率与低成本的纳米扰动感测的关键技术难题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本申请提供一种纳米量级物体探测方法、系统、设备及存储介质，用以解决纳米量级物体探测效率低、灵敏度低的技术问题。
[0007]为了解决上述问题，第一方面，本专利技术提供一种纳米量级物体探测方法，包括：获取沿光轴对待测物体进行离焦扫描得到的多幅强度图像，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分；建立散射力、功与光强的一阶轴向微分之间的关系式；结合探测光的光强的一阶轴向微分以及所述关系式，计算得到待测物体对探测光的散射力以及功，从而实现待测物体的探测。
[0008]可选的，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分，具体为：选取欠焦的强度图像和过焦的强度图像，运用一阶中心有限差分法进行轴向微分估计：；
其中，为探测光的光强，为探测光的光强的一阶轴向微分，为过焦的强度图像的光强，为欠焦的强度图像的光强，为离焦距离。
[0009]可选的，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分，具体为：选取多个测量平面对应的强度图像，运用高阶有限差分进行轴向微分估计：；其中，为探测光的光强，为探测光的光强的一阶轴向微分，为第个测量平面的强度图像的光强，为第个测量平面对应的权重，为离焦距离，测量平面的数量为2n+1个，对应2n+1个测量平面中的n值。
[0010]可选的，建立散射力、功与光强的一阶轴向微分之间的关系式，具体为：对于沿光轴方向传播的近轴光束，将近轴光束的动量通量改写为关于光强的表达式；仅考虑电偶极子模型，将散射力表示为关于动量通量的表达式；结合动量通量的表达式和散射力的表达式，得到散射力关于光强的表达式；仅考虑横向散射力，结合散射力关于光强的表达式以及光强传输方程，得到横向散射力关于光强的一阶轴向微分的表达式；基于横向散射力关于光强的一阶轴向微分的表达式，获取横向散射力相应的功关于光强的一阶轴向微分的表达式。
[0011]可选的，结合探测光的光强的一阶轴向微分以及所述关系式，计算得到待测物体对探测光的散射力以及功，具体为：结合探测光的光强的一阶轴向微分以及横向散射力相应的功关于光强的一阶轴向微分的表达式：；其中，，为波矢，为真空中的光速，为电场频率，为拉普拉斯算子，为一阶轴向微分，为横向散射力的功；计算得到横向散射力的功为：；其中，为逆拉普拉斯算子；结合横向散射力的功以及散射力与功的关系式，计算得到散射力：；其中，为散射力，为横向散射力的功，为横向梯度算子。
[0012]第二方面，本申请还提供一种纳米量级物体探测系统，所述系统包括：微分模块，用于获取沿光轴对待测物体进行离焦扫描得到的多幅强度图像，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分；关系式模块，用于建立散射力、功与光强的一阶轴向微分之间的关系式；计算模块，用于结合探测光的光强的一阶轴向微分以及所述关系式，计算得到待测物体对探测光的散射力以及功，从而实现待测物体的探测。
[0013]第三方面，本申请提供的一种计算机设备，采用如下的技术方案：一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述纳米量级物体探测方法的步骤。
[0014]第四方面，本申请提供的一种纳米量级物体探测设备，包括所述计算机设备，还包括显微成像设备，所述显微成像设备用于沿光轴物体对待测物体进行离焦扫描得到多幅强度图像，并将所述强度图像发送至所述计算机设备用于物体探测。
[0015]可选的，所述显微成像设备包括依次设置的光纤端口、准直透镜、第一可调光阑、可旋转偏振镜、第一透镜、非偏振分束镜以及物镜，还包括沿所述非偏振分束镜的反射光路依次设置的第二透镜、第二可调光阑、第三透镜、第四透镜以及相机，还包括设置于所述物镜下方的电动位移台。
[0016]第五方面，本申请提供的一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述纳米量级物体探测方法的步骤。
[0017]采用上述实施例的有益效果是：本专利技术使用功和散射力来表征物空间的被测物体，所解得的功与散射力均是二维结果，其值可以在一定程度上表征微纳结构的三维形貌，并依据其异常变化或特征实现纳米级物体的探测，实现非破坏性的非干涉远场成像。由于选择采用功和散射力对被测物体进行表征，因此可以借助明场显微镜并结合离焦扫描装置实现，结构简单易行，避免了原子力显微镜与扫描隧道显微镜利用探针进行探测，实现非接触式的无损探测，同时也克服了扫描电子显微镜小视场的问题，提高了探测效率。同时，建立的散射力、功与光强的一阶轴向微分之间的关系式是二维泊松方程，因此图像重构是建立在求解二维泊松方程得出的电动力之上，对系统误差与随机噪声具有良好的鲁棒性，不需要复杂的降噪处理算法即可实现灵敏的纳米级物体探测。
附图说明
[0018]图1为本申请提供的纳米量级物体探测方法一实施例的方法流程图；图2为本申请提供的纳米量级物体探测系统一实施例的原理框图；图3为本申请提供的计算机设备一实施例的原理框图；图4为本申请提供的纳米量级物体探测设备一实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理，并非用于限定本申请的范围。
[0020]在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0021]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米量级物体探测方法，其特征在于，包括：获取沿光轴对待测物体进行离焦扫描得到的多幅强度图像，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分；建立散射力、功与光强的一阶轴向微分之间的关系式；结合探测光的光强的一阶轴向微分以及所述关系式，计算得到待测物体对探测光的散射力以及功，从而实现待测物体的探测。2.根据权利要求1所述的纳米量级物体探测方法，其特征在于，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分，具体为：选取欠焦的强度图像和过焦的强度图像，运用一阶中心有限差分法进行轴向微分估计：；其中，为探测光的光强，为探测光的光强的一阶轴向微分，为过焦的强度图像的光强，为欠焦的强度图像的光强，为离焦距离。3.根据权利要求1所述的纳米量级物体探测方法，其特征在于，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分，具体为：选取多个测量平面对应的强度图像，运用高阶有限差分进行轴向微分估计：；其中，为探测光的光强，为探测光的光强的一阶轴向微分，为第个测量平面的强度图像的光强，为第个测量平面对应的权重，为离焦距离，测量平面的数量为2n+1个，对应2n+1个测量平面中的n值。4.根据权利要求1所述的纳米量级物体探测方法，其特征在于，建立散射力、功与光强的一阶轴向微分之间的关系式，具体为：对于沿光轴方向传播的近轴光束，将近轴光束的动量通量改写为关于光强的表达式；仅考虑电偶极子模型，将散射力表示为关于动量通量的表达式；结合动量通量的表达式和散射力的表达式，得到散射力关于光强的表达式；仅考虑横向散射力，结合散射力关于光强的表达式以及光强传输方程，得到横向散射力关于光强的一阶轴向微分的表达式；基于横向散射力关于光强的一阶轴向微分的表达式，获取横向散射力相应的功关于光强的一阶轴向微分的表达式。5.根据权利要求1所述的纳米量级物体探测方法，其特征在于，结合探测光的光强的一阶轴向微分以及所述关系式，计算得到待测物...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴征宇，
申请(专利权)人：板石智能科技武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：