基于随机相位调制的极紫外相干衍射叠层成像方法技术

本发明专利技术公开一种基于随机相位调制的极紫外相干衍射叠层成像方法，通过随机相位板的极紫外相位调制叠层成像光路实现，成像光路包括高次谐波光源、针孔、相位板及光电耦合探测器，高次谐波光源发出光照探针，针孔和相位板之间设置待测样本，相位板用于进行相位调制，光照探针经针孔照射到待测样本上，传播预设距离后经相位板到光电耦合探测器平面，得到待测样本的衍射图样，通过出射光第一振幅信息、逆向传播第二振幅信息、第一衍射图样光场及第一衍射图样光斑进行迭代处理；得到最佳待测样本图样，进而分离得到最佳待测样本信息与最佳光照探针信息。可实现无透镜成像，避免了使用透镜引入的像差和孔径限制，具有更简单的系统与更低的成本。低的成本。低的成本。

【技术实现步骤摘要】
基于随机相位调制的极紫外相干衍射叠层成像方法


[0001]本专利技术涉及成像
，尤其涉及一种基于随机相位调制的极紫外相干衍射叠层成像方法。

技术介绍

[0002]随着半导体技术、纳米科学及新兴的量子技术的飞速发展，现代成像技术需要实现纳米级的三维分辨率。然而，由于光电探测器设备只能记录强度信息，因此需要恢复样品图样的相位。叠层成像技术利用相干衍射图样，通过计算恢复样品图样的相位，获得样本的三维结构。该技术能够在不需要精密复杂且昂贵的成像光学器件的情况下实现高分辨率。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术中的缺点，提供了一种基于随机相位调制的极紫外相干衍射叠层成像方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：
[0005]一种基于随机相位调制的极紫外相干衍射叠层成像方法，通过随机相位板的极紫外相位调制叠层成像光路实现，所述成像光路包括高次谐波光源、针孔、相位板及光电耦合探测器，所述高次谐波光源发出光照探针，所述针孔和相位板之间设置待测样本，所述相位板用于进行相位调制，光照探针经针孔照射到待测样本上，传播预设距离后经相位板到光电耦合探测器平面，得到待测样本的衍射图样，其中，获取待测样本信息和光照探针信息，得到经过相位调制的出射光及第一衍射图样光场，获取未经相位调制后的第一衍射图样光斑；
[0006]对所述待测样本信息与光照探针信息进行初始化；
[0007]通过出射光第一振幅信息、第一衍射图样光场及第一衍射图样光斑进行迭代处理；
[0008]得到最佳待测样本图样，进而分离得到最佳待测样本信息与最佳光照探针信息。
[0009]作为一种可实施方式，所述迭代处理，包括以下步骤：
[0010]计算待测样本表面的指定位置处的出射光及光照探针经传播预设距离后的第一衍射图样光场，并得到出射光的第一振幅信息和第一相位信息，其中，所述第一衍射图样光场为未经相位调制的衍射图样光场；
[0011]获取传播预设距离后的未经相位调制的第一衍射图样光斑，根据所述第一衍射图样光斑修正所述第一衍射图样光场得到第二衍射图样光场；
[0012]对所述第二衍射图样光场进行相位调制得到第三衍射图样光场；
[0013]获取传播预设距离后的经相位调制的第二衍射图样光斑，基于所述第二衍射图样光斑修正所述第三衍射图样光场得到第四衍射图样光场；
[0014]将所述第四衍射图样光场进行逆向传播并照射在待测样本表面上对第一振幅信息进行修正，得到第二振幅信息；
[0015]基于扩展叠层成像算法，结合第一振幅信息和第二振幅信息将光照探针信息和待测样本信息进行分离，得到更新后的光照探针信息和更新后的待测样本信息；
[0016]改变指定位置并重复以上所有步骤，得到最终待测样本信息与最终光照探针信息，并计算出指定次数迭代的误差；
[0017]依次自增，重复以上所有步骤，直到所述误差小于预设阈值，则完成迭代过程。
[0018]作为一种可实施方式，将所述第一衍射图样光场中的第一振幅信息进行替换且第一相位信息不做变化，得到第二衍射图样光场。
[0019]作为一种可实施方式，所述出射光第一振幅信息表示为：ψ
j
＝P
i
O
i
(r
‑
R
j
)，假设预设距离为D，则所述第一衍射图样光场表示为：其中，r表示空间坐标，表示正向传播，P
i
表示光照探针信息，O
i
表示待测样本信息，R
j
表示照明探针的空间位移，表示相位编码引起的相移，j表示第j个指定位置，i表示第i个指定位置；
[0020]所述第二衍射图样光场表示为：其中，I
j
表示第一衍射图样光斑，表示相位编码引起的相移，j表示第j个指定位置，i表示第i个指定位置；
[0021]所述第三衍射图样光场表示为：其中，φ为相位调制引入的相移，表示相位编码引起的相移，j表示第j个指定位置，i表示第i个指定位置；
[0022]所述第四衍射图样光场表示为：其中，I'
j
表示为第二衍射图样光斑，表示相位编码引起的相移，j表示第j个指定位置，i表示第i个指定位置；
[0023]所述第二振幅信息为：ψ'
j
＝F
‑1(E
″′
j
,D,φ)，其中，φ为相位调制引入的相移，E
″′
j
表示第四衍射图样光场，j表示第j个指定位置。
[0024]作为一种可实施方式，更新后的待测样本信息表示为：作为一种可实施方式，更新后的待测样本信息表示为：更新后的光照探针信息表示为：其中，ψ
j
表示为第一振幅信息，ψ'
j
表示为第二振幅信息，r表示空间坐标，α表示自选待测样本信息迭代更新系数，β表示自选光照探针信息迭代更新系数，j表示第j个指定位置，i表示第i个指定位置。
[0025]作为一种可实施方式，误差表示为：其中，M表示行数，N表示列数，j表示第j个指定位置，i表示第i个指定位置，E
″
j
表示为第三衍射图样光场，I'
j
表示为第二衍射图样光斑。
[0026]作为一种可实施方式，所述相位板包括基底及钼槽，所述基底为硅基底，所述硅基底的表面蚀刻0.086微米的钼槽且对应于对衍射图样π相位相移的相位调制。
[0027]作为一种可实施方式，还包括以下步骤：
[0028]通过所述光照探针多次在指定位置处照射待测样本，传播预设距离后经相位板到被探测器接收并记录经相位调制后的衍射图样，且相邻两次照射之间的区域必须部分重叠；
[0029]撤去相位板，通过所述光照探针多次在指定位置处照射待测样本，传播预设距离后经相位板到被探测器接收并记录未经相位调制后的衍射图样，且相邻两次照射之间的区域必须部分重叠。
[0030]本专利技术由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
[0031]本专利技术将衍射图样与待测样本图样的信息所对应，能实现高精度极紫外相位调制叠层成像，成像精度远低于传统相干衍射成像系统；
[0032]本专利技术通过记录待测样本的远场衍射图样，结合相位恢复算法重建振幅和相位信息，可实现无透镜成像，避免了使用透镜引入的像差和孔径限制，具有更简单的系统与更低的成本，另外还结合了相位调制与扫描衍射成像，实现了极紫外相位调制叠层成像。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本专利技术成像光路中含相位板的系统示意图；
[0035]图2是本专利技术成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于随机相位调制的极紫外相干衍射叠层成像方法，其特征在于，通过随机相位板的极紫外相位调制叠层成像光路实现，所述成像光路包括高次谐波光源、针孔、相位板及光电耦合探测器，所述高次谐波光源发出光照探针，所述针孔和相位板之间设置待测样本，所述相位板用于进行相位调制，光照探针经针孔照射到待测样本上，传播预设距离后经相位板到光电耦合探测器平面，得到待测样本的衍射图样，其中，获取待测样本信息和光照探针信息，得到经过相位调制的出射光及第一衍射图样光场，获取未经相位调制后的第一衍射图样光斑；对所述待测样本信息与光照探针信息进行初始化；通过出射光第一振幅信息、第一衍射图样光场及第一衍射图样光斑进行迭代处理；得到最佳待测样本图样，进而分离得到最佳待测样本信息与最佳光照探针信息。2.根据权利要求1所述的基于随机相位调制的极紫外相干衍射叠层成像方法，其特征在于，所述迭代处理，包括以下步骤：计算待测样本表面的指定位置处的出射光及光照探针经传播预设距离后的第一衍射图样光场，并得到出射光的第一振幅信息和第一相位信息，其中，所述第一衍射图样光场为未经相位调制的衍射图样光场；获取传播预设距离后的未经相位调制的第一衍射图样光斑，根据所述第一衍射图样光斑修正所述第一衍射图样光场得到第二衍射图样光场；对所述第二衍射图样光场进行相位调制得到第三衍射图样光场；获取传播预设距离后的经相位调制的第二衍射图样光斑，基于所述第二衍射图样光斑修正所述第三衍射图样光场得到第四衍射图样光场；将所述第四衍射图样光场进行逆向传播并照射在待测样本表面上对第一振幅信息进行修正，得到第二振幅信息；基于扩展叠层成像算法，结合第一振幅信息和第二振幅信息将光照探针信息和待测样本信息进行分离，得到更新后的光照探针信息和更新后的待测样本信息；改变指定位置并重复以上所有步骤，得到最终待测样本信息与最终光照探针信息，并计算出指定次数迭代的误差；依次自增，重复以上所有步骤，直到所述误差小于预设阈值，则完成迭代过程。3.根据权利要求2所述的基于随机相位调制的极紫外相干衍射叠层成像方法，其特征在于，将所述第一衍射图样光场中的第一振幅信息进行替换且第一相位信息不做变化，得到第二衍射图样光场。4.根据权利要求2所述的基于随机相位调制的极紫外相干衍射叠层成像方法，其特征在于，所述出射光第一振幅信息表示为：ψ
j
＝P
i
O
i
(r
‑
R
j
)，假设预设距离为D，则所述第一衍射图样光场表示为：其中，r表示空间坐标，表示正向传播...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹雯，徐月暑，匡翠方，柏凌，陶思玮，田宗翰，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：