[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

说明书

本发明公开了基于角度自校准的反射式叠层衍射成像方法、装置和系统，属于叠层衍射成像领域。本发明基于光场旋转的方式建立反射式光场传播模型，利用反射式叠层衍射算法获取低分辨率样品和探针的重构图像，旋转样品找到清晰度最高的角度实现待测样品角度的快速定位，最后设置样品和探测器的角度区间，向衍射光强分布误差最小的方向收敛，完成角度误差自校准，实现样品和探针高分辨率重构，具有校准灵敏度高、运算速度快、无需额外信息等优点，与其他校准方法互相自适应，可应用于生物样品成像、半导体缺陷检测、微纳结构表征等领域。

技术领域

本发明属于叠层衍射成像领域，更具体地，涉及基于角度自校准的反射式叠层衍射成像方法、装置和系统。

背景技术

叠层衍射成像是一种无需透镜的计算成像技术，其利用实空间的重叠扫描与频空间的衍射光强作为约束，利用叠层衍射算法迭代重构出样品的幅值与相位信息，在X射线和电子束高分辨成像领域产生了较大的影响。相比于传统的透射式叠层衍射成像系统，反射式光路系统可以适用于不透明反射式样品，在极紫外波段具有应用前景。

反射式叠层衍射成像系统原理与透射式系统基本相同，但在反射式光路中，样品与光轴倾斜放置，平行平面间的衍射传播模型不再适用。倾斜平面间光场正逆向衍射传播模型需要已知模型中源平面与观测面之间的夹角，而样品和探测器相对于光轴的角度难以精确测量，装配角度误差会直接影响重构图像的质量。目前解决这种角度误差的方法为每次实验前对器件安装角度测量标定，操作繁琐且精度有限。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供基于角度自校准的反射式叠层衍射成像方法、装置和系统，旨在解决现有成像方法中待测样品和探测器与光轴之间的角度误差导致重构图像质量差，以及每次实验前需要测量标定安装角度的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于角度自校准的反射式叠层衍射成像方法，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。

需要说明的是，本发明通过多组独立角度组合的反射式叠层衍射迭代，比较各组模拟衍射光强与实际测量光强的误差，逐步逼近样品和探测器与光轴角度的实际值，实现样品和探测器角度的自校准，进而实现样品和探针的高质量重构。

优选地，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；