详情

原文传递基于太赫兹频段测量样品复折射率的方法和装置

专利名称：	基于太赫兹频段测量样品复折射率的方法和装置
摘要：	本发明公开了一种基于太赫兹频段测量样品复折射率的方法和装置，涉及激光技术领域。其中，该方法包括：根据太赫兹脉冲在样品表面的反射信号和在金属镜表面的反射信号确定样品复反射率的测量值；根据反射率计算模型确定样品复反射率的模型估计值，并根据所述复反射率的测量值和所述复反射率的模型估计值构建代价函数；其中，所述反射率计算模型考虑了所述金属镜复折射率对参考信号的影响以及测量过程中的相位误差，所述样品复反射率的模型估计值基于多个参数表示；对所述代价函数进行优化求解，并根据优化求解结果确定所述样品的复折射率。通过以上步骤，能够精确确定样品的复折射率，尤其适用于高反射率材料的复折射率测量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京环境特性研究所
发明人：	张景;蔡禾;朱厦;孙金海;张旭涛;刘永强;李粮生;殷红成;肖志河
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910267623.8
公开号：	CN109932338A
代理机构：	北京格允知识产权代理有限公司
代理人：	张沫;谭辉
分类号：	G01N21/41(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100854 北京市海淀区永定路50号
主权项：	1.一种基于太赫兹频段测量样品复折射率的方法，其特征在于，所述方法包括：根据太赫兹脉冲在样品表面的反射信号和在金属镜表面的反射信号确定样品复反射率的测量值；其中，所述太赫兹脉冲在样品表面的反射信号和在金属镜表面的反射信号是基于太赫兹时域光谱系统测量得到的；根据反射率计算模型确定样品复反射率的模型估计值，并根据所述复反射率的测量值和所述复反射率的模型估计值构建代价函数；其中，所述反射率计算模型考虑了所述金属镜复折射率对参考信号的影响以及测量过程中的相位误差，所述样品复反射率的模型估计值基于多个参数表示；对所述代价函数进行优化求解，并根据优化求解结果确定所述样品的复折射率。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据太赫兹脉冲在样品表面的反射信号和在金属镜表面的反射信号确定样品复反射率的测量值的步骤包括：对太赫兹脉冲在样品表面的反射信号和在金属镜表面的反射信号分别进行傅里叶变换，以得到变换后的样品表面的反射信号和变换后的金属镜表面的反射信号；然后，根据如下公式确定样品复反射率的测量值：其中，为样品复反射率的测量值，表示变换后的样品表面的反射信号，为变换后的金属镜表面的反射信号。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射率计算模型包括：菲涅尔反射率计算模型、以及样品复折射率的参数化模型；所述根据反射率计算模型确定样品复反射率的模型估计值的步骤包括：根据菲涅尔反射率计算模型以及样品复折射率的参数化模型，确定样品复反射率的理论值；根据样品复折射率的理论值和测量过程中的相位误差补偿项确定样品复反射率的模型估计值。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述菲涅尔反射率计算模型为：其中，表示样品复反射率的理论值，表示样品的复折射率，表示金属镜复折射率，θi表示太赫兹脉冲的入射角，表示太赫兹脉冲在金属镜中的折射角，表示太赫兹脉冲在样品中的折射角。 5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述样品复折射率的参数化模型为：其中，表示样品的复折射率，表示样品的复介电常数，Γ表示衰减系数，ωp表示等离子体频率，定义为其中N表示电子数，m表示电子有效质量，ε0为真空介电常数，e表示电子电荷量，ω表示角频率。 6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述代价函数满足：其中，表示优化X以使取得最小值；X表示待优化的参数集，ωp表示等离子体频率，Γ表示衰减系数，表示相位误差；代价函数的约束条件包括：Γ和ωp都是正实数，且b为预设的正实数；表示样品复反射率的模型估计值的绝对值，表示样品复反射率测量值的绝对值，为样品复反射率模型估计值的相位，表示样品复反射率测量值的相位。 7.根据权利要求1至6任一所述的方法，其特征在于，所述样品为金属材料。 8.一种基于太赫兹频段测量样品复折射率的装置，其特征在于，所述装置包括：确定模块，用于根据太赫兹脉冲在样品表面的反射信号和在金属镜表面的反射信号确定样品复反射率的测量值；其中，所述太赫兹脉冲在样品表面的反射信号和在金属镜表面的反射信号是基于太赫兹时域光谱系统测量得到的；构建模块，用于根据反射率计算模型确定样品复反射率的模型估计值，并根据所述复反射率的测量值和所述复反射率的模型估计值构建代价函数；其中，所述反射率计算模型考虑了所述金属镜复折射率对参考信号的影响以及测量过程中的相位误差，所述样品复反射率的模型估计值基于多个参数表示；优化求解模块，用于对所述代价函数进行优化求解，并根据优化求解结果确定所述样品的复折射率。 9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定模块根据太赫兹脉冲在样品表面的反射信号和在金属镜表面的反射信号确定样品复反射率的测量值包括：所述确定模块对太赫兹脉冲在样品表面的反射信号和在金属镜表面的反射信号分别进行傅里叶变换，以得到变换后的样品表面的反射信号和变换后的金属镜表面的反射信号；然后，所述确定模块根据如下公式确定样品复反射率的测量值：其中，表示样品复反射率的测量值，表示变换后的样品表面的反射信号，表示变换后的金属镜表面的反射信号。 10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述构建模块构建的代价函数满足：其中，表示优化X以使取得最小值；X表示待优化的参数集，ωp表示等离子体频率，Γ表示衰减系数，表示相位误差；代价函数的约束条件包括：Γ和ωp都是正实数，且b为预设的正实数；表示样品复反射率的模型估计值的绝对值，表示样品复反射率测量值的绝对值，表示样品复反射率模型估计值的相位，表示样品复反射率测量值的相位。
所属类别：	发明专利