[发明专利]利用改进的3PIE技术检测光学元件内部缺陷的方法

权利要求书

1.一种利用改进的3PIE技术检测光学元件内部缺陷的方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤一、搭建检测光路：

所述检测光路包括共光轴依次设置的光阑(1)、透镜(2)、待测样品(4)和CCD(5)，还包括二维平移台(3)，二维平移台(3)夹持待测样品(4)；准直光经过光阑(1)后，由透镜(2)聚焦，经过透镜焦点形成发散的球面波，透过待测样品(4)到达CCD(5)的靶面上，其中光阑(1)与透镜(2)的距离为Z₁，透镜(2)与待测样品(4)距离为Z₂，待测样品(4)与CCD(5)的距离为Z₃，待测样品(4)厚度为d；转入步骤二；

步骤二、采集图像，并用CCD(5)依次记录各扫描位置所对应的强度图像：

移动二维平移台(3)，将待测样品(4)在与光轴垂直的平面内以叠层扫描的方式进行平移，并用CCD(5)依次记录各扫描位置所对应的强度图像；转入步骤三；

步骤三、计算待测样品(4)后表面的出射光场：

赋予待测样品(4)一个初始的随机猜测为O₀(r)，照明光为P₀(r)，待测样品(4)后表面出射光场复振幅ψ_n(r)：

ψ_n(r)＝P_n(r)·O_n(r)

其中n为迭代次数，计算ψ_n(r)经过菲涅尔衍射传播到CCD(5)靶面的复振幅ψ_n(u)为：

其中θ(u)表示ψ_n(u)的相位，表示待测样品(4)与CCD(5)之间菲涅尔衍射传播；

将CCD(5)实际采集到的光强I(u)替换变换得到的复振幅ψ_n(u)中的振幅信息，保持相位部分不变，得到更新后的复振幅ψ′_n(u)：

将更新后的复振幅ψ′_n(u)逆传输回待测样品(4)的后表面：

分别更新物函数O_n+1(r)和照明光场P_n+1(r)；转入步骤四；

步骤四、去除待测样品(4)本身厚度叠加的相位：

采集同一待测样品(4)无缺陷时，CCD(5)靶面的衍射图样I(u)，将更新后的照明光场P_n+1(r)传输到CCD(5)的靶面，得到更新后的照明光场P_n+1(r)在CCD(5)靶面的复振幅Φ_n+1(u)：

利用I(u)对Φ_n+1(u)做强度限制：

将限制后的复振幅Φ′(u)分布逆传输回待测样品(4)后表面，作为新的照明光场：

返回步骤三，直到恢复的光场信息收敛，获得内部缺陷在待测样品(4)后表面去除本身厚度叠加相位的复振幅分布O(r)；转入步骤五；

步骤五、确定各缺陷轴向位置：

确定缺陷在待测样品(4)内部的分布范围为[d_l，d_u]，将步骤四中获得的各缺陷在后表面的复振幅O(r)以Δd为步进向前传输，并计算各位置的Tamura系数：

得到Tamura系数最大的位置d_c，即为缺陷位置，σ(I)表示所在位置光强分布的灰度级的标准差，m(I)表示所在位置光强分布的灰度级的平均值，norm表示归一化函数；转入步骤六；

步骤六、将待测样品(4)分层：

根据步骤五计算得到的内部缺陷位置d_c＝[d_c，1，d_c，2，......，d_c，N]，确定待测样品(4)的分层位置d_c，i，其中i＝1，2，...，N，代表待测样品的分层位置的编号，i为自然数，采用内部缺陷在待测样品(4)的后表面的复振幅分布作为初始猜测O_d(r)＝[O_dc，1(r)，O_dc，2(r)，...，O_dc，N(r)，]，其中N为内部缺陷数；转入步骤七；

步骤七、分层计算待测样品(4)内部缺陷出射光场：

将步骤六中第一层的复振幅与照明光相乘，得到第一层的出射光场ψ_e，1(r)：

ψ_e，1(r)＝P(r)·O_dc，1(r)

将第一层的出射光场传输到第二层，得到第二层的入射光场ψ_i，2(r)：

其中Δd₁＝d_c，2-d_c，1为第一层的厚度，并将ψ_i，2(r)与第二层的内部缺陷复振幅O_dc，2(r)相乘，继续传播到第三层作为第三层的照明光；以此类推，第n层的入射光场ψ_i，n(r)为：

Δd_n＝d_c，n+1-d_c，n为第n-1层的厚度，最终得到最后一层的出射光场ψ_e，N(r)；转入步骤八；

步骤八、分层恢复待测样品(4)内部缺陷复振幅：

将第七步得到的ψ_e，N(r)传输到CCD(5)靶面，得到内部缺陷在CCD(5)靶面的复振幅用采集到的光强I_j(u)替换其实部后，逆传输回第N层，得到第N层出射的复振幅ψ′_e，N(r)：

更新得到更新后的照明光ψ′_i，N(r)和更新后的内部缺陷复振幅O′_dc，N(r)后，将ψ′_i，N(r)逆传输回第N-1层，以此类推，回到第一层得到P′(r)和O′_dc，1(r)；

返回步骤七，令O_dc，n(r)＝O′_dc，n(r)，P(r)＝P′(r)，直到结果收敛，最终得到内部缺陷的复振幅分布。