【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面检测领域，具体涉及基于太赫兹信号的物体表面检测方法及系统。
技术介绍
1、太赫兹是指频率在0.1-10thz范围内的远红外电磁辐射。将太赫兹波运用于成像领域具有诸多优势，首先其信息量大，每一点对应一个太赫兹时域谱，通过对时域谱进行傅里叶变换又可得到每一点的太赫兹频率谱；其次，由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率很高，又由于太赫兹脉冲很短，它具有很高的时间分辨率；最后，太赫兹的能量很少，不会对物质产生破坏作用。
2、物体表面检测是一种检测物体表面结构特点的检测方法，是一种需求量大且使用价值高的新兴检测方法。在部分应用场景中，需要知道物体表面各层级的分布范围，例如，物体表面具有自下至上堆叠有基底层、粘接层、隔热层和保护层，期望通过物体表面检测了解保护层、隔热层的覆盖范围，以确认产品表面的质量。现阶段用于表面检测的手段主要有两种。其一为通过原子力显微镜检测物体表面，但这种方式只能检测到物体最表层的结构特点，难以检测最表层结构下面是否还有其他层结构，故属于一种二维的表面检测手段；其二为通过电子显微镜观察所测物体表面，尽管其能够检测物体表面各处在厚度方向上的差异，但由于具有破坏性，只能对物体表面进行一次性检测，应用场景受限。
技术实现思路
1、本专利技术一个的目的在于提供基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其通过太赫兹信号的时域信息将物体表面划分为一个或多个子区域，再采集各子区域的频域信息以得到各子区域的材料信息，从而得到物体表面的材料分布情况，实现了高效、无损
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、基于太赫兹信号的物体表面检测方法，包括以下步骤：
4、s1：采集带有样品信息的太赫兹信号，基于所述太赫兹信号得到样品表面的近场强度图片；
5、s2：基于近场强度图片中的近场强度分布，将所述近场强度图片划分为一个或多个子区域；
6、s3：获取子区域中一个或多个点的频域信号，基于各子区域的频域信号，得到各子区域的材料信息。
7、本技术方案中，可以利用散射式扫描近场光学显微镜(scattering-typescanning near-field optical microscopy,s-snom)采集带有样品信息的太赫兹波，对其太赫兹波的时域信息进行解调后得到近场强度图片，近场强度图片显示了被检测的样品表面的近场强度分布情况。样品表面各检测点的近场强度差异能够反映出各检测点的材料的载流子浓度不同，进而说明检测点的厚度存在差异。所以，通过太赫兹信号中的时域信息能够快速地获取物体二维表面上厚度不同的检测点。
8、划分子区域时，由于同层材料通常连成一片，因此近场强度接近的检测点能够构成连续的区域，但在不同层数的区域连接处，近场强度的变化较大。因此，基于采集得到的样品表面近场强度分布情况，可以确认分界线以将近场强度变化明显的区域划分为多个子区域，而如果整个近场强度图片中近场强度无明显变化，则表明所测整体区域材料构成一致，无需进行划分。
9、本技术方案中，利用分界线将近场强度分割为多个子区域后，在各个子区域中选取检测点，获取检测点上的频域信号。在一个或多个实施例中，检测点上的频域信号可以通过该检测点上的时域信息通过傅里叶变换得到。在部分优选的实施例中，检测点上的频域信号也可以通过将散射式扫描近场光学显微镜的金属探针更换为长悬臂探针检测样品，以进一步消除探针对近场频谱的干扰。在部分优选的实施例中，所述长悬臂探针的悬臂长度大于等于500μm。
10、本技术方案中，对于同一子区域中的检测点的选择，既可以选择一个检测点，例如近场强度等于该子区域内所有近场强度的中位数、平均值的检测点，或者选择子区域的几何中心的检测点；也可以选择多个检测点，基于多个检测点的频域信号共同比较确认能够代表待区域的频域信号，从而基于频域信号来判断物体表面各层，例如基底层、基底层上的材料层、材料层上的保护层的覆盖范围。
11、本技术方案中，在得到各子区域的频域信号后，可以基于经验判断得到各子区域的材料信息，在部分实施例中，在已知待检测表面可能具有的各层的材料的前提下，例如，在对太赫兹的敏感频段上幅值最小的子区域对应的应该是基底层，如果基底层上同时具有金层和石墨烯层，则幅值较大的是金层，幅值较小的是石墨烯层。在部分实施例中，也可以根据具体的应用场景，基于潜在使用材料的频域信号建立数据库，在获得各子区域的频域信号后，将频域信号与数据库中的频域信号进行对比，以明确各子区域的材料信息，从而得到各层材料的覆盖范围。
12、本技术方案中，基于太赫兹信号的时域信息快速地获得样品表面的近场强度分布确认子区域范围，再基于太赫兹信号的频域信息确认各子区域的材料信息，能够快速、无损地检测物体表面的各材料层的分布情况，进而确认物体表面不同层级的覆盖范围。此外，由于大部分二维材料，例如石墨烯、mxene、二硫化钨等的载流子输运的时间尺度对应于太赫兹波段，因此该方法更加适用于这类二维材料的表面检测，尤其适用于半导体器件表面的检测。
13、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述步骤s1中，太赫兹入射波经分光镜分为两束，一束聚焦于探针后反射得到太赫兹反射波，另一束经全反射镜反射后得到参考光，所述参考光与太赫兹反射波一同聚焦于探测器，所述探测器采集得到所述太赫兹信号，其中，所述全反射镜的抖动频率小于所述探针的抖动频率。
14、本技术方案中，经固态源发出的太赫兹入射波经分光镜分为两束。其中一束太赫兹入射波聚焦于探针上后反射得到包含有样品信息的太赫兹反射波，另一束太赫兹入射波经全反射镜反射后原路返回得到参考光，参考光与太赫兹辐射波一同经离轴镜聚焦于探测器进行采集。
15、本技术方案中，全反射镜以低于探针的频率进行抖动，例如，全反射镜的抖动频率为m，探针的频率为ω，通过将m设置为，比探针频率ω小一个数量级，则可以利用全反射镜调制参考光后，在探测器采集到一同聚焦的太赫兹反射波和参考光后，便可在特定频率，例如nω+mm处提取信号得到去除了大部分噪声的更纯净的信号，其中n和m为整数，例如n＝1，m＝1。
16、通过这种方式，能够利用参考光对太赫兹信号进行调制以去掉大部分的噪音、提高信噪比，有效地提高近场强度分布的准确性，从而能够更好地划分子区域，进一步提高物体表面检测的准确性。
17、进一步地，所述步骤s1中，所述太赫兹入射波在经分光束分为两束之前，经扩束器扩束，再由光阑将扩束后的太赫兹入射波调节为近似平面波。
18、本技术方案中，太赫兹入射波在分束之前，首先经扩束器扩束，从而将太赫兹入射波的光斑放大数倍，之后，再利用光阑将光斑放大的太赫兹入射波截取为近似于平面的波。该近似平面波有利于后续更加集中地聚集在样品上，从而进一步提高太赫兹信号的信噪比。
19、进一步地，所述步骤s2中，提取近场强度分布的颜色信息，沿不同颜色之间的边界设置分界线，将所述近场强度图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，太赫兹入射波经分光镜分为两束，一束聚焦于探针后反射得到太赫兹反射波，另一束经全反射镜反射后得到参考光，所述参考光与太赫兹反射波一同聚焦于探测器，所述探测器采集得到所述太赫兹信号，其中，所述全反射镜的抖动频率小于所述探针的抖动频率。
3.根据权利要求2所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述太赫兹入射波在经分光束分为两束之前，经扩束器扩束，再由光阑将扩束后的太赫兹入射波调节为近似平面波。
4.根据权利要求1所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，提取近场强度分布的颜色信息，沿不同颜色之间的边界设置分界线，将所述近场强度图片划分为一个或多个子区域，其中，所述分界线具有两端，且分界线的至少一端连接至所述近场强度图片的边缘。
5.根据权利要求4所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，检测各子区域内是否具有
6.根据权利要求1所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于子区域中一个或多个点的时域信号，截取所述时域信号的主峰做傅里叶变换得到对应点的频域信号。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，基于所述太赫兹信号通过二阶或者三阶解调，得到近场强度图片。
8.基于太赫兹信号的物体表面检测系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的基于太赫兹信号的物体表面检测系统，其特征在于，所述散射式扫描近场光学显微镜包括固态源(1)，所述固态源(1)用于发射太赫兹入射波至分光镜(9)，所述分光镜(9)用于将所述太赫兹入射波分为两束波，第一束波经第一离轴镜(12)聚焦于探针(13)上后原路返回至所述分光镜(9)，再经第二离轴镜(10)聚焦于探测器(11)；第一束波经全反射镜(8)反射后原路返回，透射所述分光镜(9)后，与所述第一束波一同经所述第二离轴镜(10)聚焦于所述探测器(11)，其中，所述全反射镜(8)的抖动频率小于所述探针(13)的抖动频率。
10.根据权利要求8所述的基于太赫兹信号的物体表面检测系统，其特征在于，所述固态源(1)和分光镜(9)之间还依次设置有扩束镜(3)和光阑(4)，所述扩束镜(3)用于扩束所述太赫兹入射波，所述光阑用于扩束后的太赫兹入射波调节为近似平面波；
...【技术特征摘要】
1.基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，所述步骤s1中，太赫兹入射波经分光镜分为两束，一束聚焦于探针后反射得到太赫兹反射波，另一束经全反射镜反射后得到参考光，所述参考光与太赫兹反射波一同聚焦于探测器，所述探测器采集得到所述太赫兹信号，其中，所述全反射镜的抖动频率小于所述探针的抖动频率。
3.根据权利要求2所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述太赫兹入射波在经分光束分为两束之前，经扩束器扩束，再由光阑将扩束后的太赫兹入射波调节为近似平面波。
4.根据权利要求1所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，所述步骤s2中，提取近场强度分布的颜色信息，沿不同颜色之间的边界设置分界线，将所述近场强度图片划分为一个或多个子区域，其中，所述分界线具有两端，且分界线的至少一端连接至所述近场强度图片的边缘。
5.根据权利要求4所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，所述步骤s2中，检测各子区域内是否具有颜色不同的色块，若有，则识别色块的形状；
6.根据权利要求1所述的基于太赫兹信号的物体表面检测方法，其特征在于，所述步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓秋艳，马琨，唐福，胡旻，张卓铖，许星星，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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