[发明专利]一种基于激光反射的近场探针测距方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于激光反射的近场探针测距方法及装置，属于太赫兹显微成像领域。该方法基于近场探针测距装置实现，该测距装置包括激光器，可见光源，可见光显微镜，光电导微探针，样品，样品位移台，电机控制盒以及计算机。所述方法具体包括：S1：将样品放置在样品位移台上；S2：可见光照射在光电导微探针针尖上，通过可见光显微镜结合CCD探测器实时获取针尖附近的场景，并传输到计算机进行图像处理及特征提取，得到光电导微探针‑样品在图像尺度上的间距S；S3：通过图像尺度上的间距S与实际间距的关系式，计算得到光电导微探针‑样品的实际距离d。本发明用于准确测量光电导微探针与样品间距和自动调节其间距。

技术领域

本发明属于太赫兹显微成像领域，涉及一种基于激光反射的近场探针测距方法及装置。

背景技术

近年来，太赫兹(terahertz，THz)技术已成为国内外的研究热点。根据瑞利判据，传统的THz远场成像系统受衍射极限的限制，成像的最高空间分辨率只能达到波长的二分之一(1THz对应的波长为300μm)。利用THz近场扫描成像技术，成像空间分辨率可突破衍射极限，达到亚波长尺寸，甚至可达到纳米级。

基于光电导微探针的THz近场扫描成像系统可在太赫兹波段实现微米级分辨率的成像探测，目前已被应用于功能器件检测、生物组织成像和物质鉴别等方面。光电导微探针作为其中最为核心的探测器件，具有信号质量好、噪声低等优点。光电导微探针主要结构是在约1μm厚度的LT-GaAs衬底上沉积一对微米级宽度的金属微电极，因此极其脆弱。

在对样品进行THz近场测试时，光电导微探针与样品的间距一般为微米量级，间距越小，探针所在点的电场对探针的贡献比例越大，因而在水平方向上的分辨尺度也越小，系统的成像分辨率越高；但是，间距越小，探针损坏的可能性越大。因此，在进行样品近场扫描过程中，实时获得并调整光电导微探针与样品的间距是亟待解决的问题。然而，长期以来，人们仅仅停留在利用CCD获得图像，并通过用肉眼及其经验来判断其大概间距，尚未提出准确测量光电导微探针与样品间距并自动调节其间距的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于激光反射的近场探针测距方法及装置，基于太赫兹近场扫描成像系统，用于准确测量光电导微探针与样品间距并自动调节其间距。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于激光反射的近场探针测距方法，具体包括以下步骤：

S1：将样品放置在样品位移台(8)上；

S2：打开可见光源(4)，发出可见光照射在光电导微探针(5)针尖上，通过可见光显微镜(3)结合CCD探测器(2)实时获取针尖附近的场景，并传输到计算机(1)进行图像处理及特征提取，得到光电导微探针-样品在图像尺度上的间距S；

S3：通过图像尺度上的间距S与实际间距的关系式，计算得到光电导微探针-样品的实际距离d。

进一步，所述步骤S2中，所述图像处理包括：伪彩色处理、阈值二值化、腐蚀及膨胀。

进一步，所述步骤S2中，所述特征提取包括：对图像边缘提取并计算边缘区域的边界距离。

进一步，所述步骤S3具体包括：通过电机控制盒(9)准确控制三维样品台(8)沿Z方向位移L时，测得光电导探针-样品在图像上间距变化ΔS；已知光电导微探针-样品的实际间距d与图像上测得间距S的关系为d＝S·sinα，0＜α＜90°，其中α为可见光显微镜(3)与样品位移台(8)水平方向夹角；

(1)对于光滑表面的样品，图像与实际的比例尺k₁＝S·sinα/L，计算得到光电导微探针-样品的实际间距d＝k₁·S；