[发明专利]基于角度自校准的反射式叠层衍射成像方法、装置和系统

权利要求书

1.一种基于角度自校准的反射式叠层衍射成像方法，其特征在于，该方法应用于反射式叠层衍射成像系统，该方法包括：

S1.获取待测样品的扫描位置信息、衍射光场强度信息、待测样品与光轴之间的当前待校准角度θ、探测器与光轴之间的当前待校准角度α，将[θ,α]输入至反射式叠层衍射成像算法，得到未经校准的重构样品和探针；

S2.等间距采样初始校准范围[θ-Δθ₁,θ+Δθ₁]，Δθ₁表示初始校准偏移量，得到多个采样角度{θ_m}，将θ和θ_m输入至旋转传播模型，以模拟未经校准的重构样品旋转至各采样角度平面，对旋转后的重构样品进行相位补偿，计算补偿后重构样品的清晰度，将当前待校准角度θ更新为清晰度最大对应的采样角度；

S3.等间距采样精准校准范围[θ-Δθ₂,θ+Δθ₂]和探测器角度区间[α-Δα,α+Δα]，Δθ₂表示精准校正偏移量，得到多组采样角度组合{[θ_i，α_j]}，将每组[θ_i，α_j]输入至反射式叠层衍射成像算法，计算各组模拟衍射光强与实际衍射光强之间的误差，获取误差最小对应的采样角度组合；

S4.将当前待校准角度θ和当前待校准角度α更新为最小误差时的采样角度组合，并对应更新重构样品和探针，判断最小误差是否小于设定阈值，若是，输出对应的重构样品和探针，否则，调整精准校准范围和探测器角度区间，进入步骤S3。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射式叠层衍射成像算法具体如下：

(1)点乘探针和第c个扫描位置的重构样品，得到点乘结果，以模拟重构样品对探针的作用；

(2)采用旋转传播模型，将点乘结果从θ′旋转至0°，得到与光轴垂直平面的反射光光场函数，其中，θ′为算法中输入的待测样品与光轴的夹角；

(3)采用光传播模型模拟反射光传播至探测器表面，得到探测器靶面的模拟的衍射光场分布；

(4)将[0°,α′]输入至旋转传播模型，以模拟旋转衍射光场；再将探测靶面模拟的衍射光场分布的幅值替换为实际测量的衍射光强分布，其相位信息不变；幅值替换后，将[α′,0°]输入至旋转传播模型，以模拟上述衍射光场旋转的逆过程，其中，α′为算法中输入的探测器与光轴的夹角；

(5)采用光传播模型模拟更新后的衍射光场逆传播至待测样品位置，得到更新后的反射光；

(6)计算更新前后反射光光场的差值，采用旋转传播模型，将反射光光场差值从0°旋转至θ′，得到旋转后的反射光光场差值；

(7)基于旋转后的反射光光场差值，更新样品和探针重构图像；

(8)重复(1)-(7)，直至完成所有扫描位置的更新；

(9)计算所有扫描位置的模拟的衍射光场分布与测量到的衍射光场强度的均方根误差，当均方根误差小于预设阈值时，输出迭代后的重构样品和探针，否则，转入步骤(1)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述旋转传播模型表述为T_β,β′，β表示光场平面旋转前与光轴的夹角，β′表示光场平面旋转后与光轴的夹角，具体如下：

1)根据参考平面均匀采样坐标计算参考平面频域坐标(u₀,v₀)，计算参考平面沿光轴方向的频域坐标其中，λ为波长，所述参考平面是与光轴垂直的平面；

2)旋转矩阵R_y(β)与(u₀,v₀,w₀)^T相乘，得到源平面频域坐标，旋转矩阵R_y(β′)与(u₀,v₀,w₀)^T相乘，得到观测平面频域坐标，其中，R_y(β)表示绕Y轴旋转β的旋转矩阵；

3)获取源平面光场，根据非均匀二维傅里叶变换，计算参考平面频域分布；

4)根据非均匀二维傅里叶逆变换，将参考平面的频域分布转化为观测面的光场分布。