[发明专利]基于太赫兹时域光谱技术的厚度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹光谱技术应用领域，特别涉及一种基于太赫兹时域光谱技术的厚度检测方法。

背景技术

在许多行业，需要准确物体的厚度，如半导体、药片、纸张等等，目前，药片、纸张的厚度的在线监测主要由核子仪来完成，核子仪会产生电离，不满足环保要求，同时由于安全等因素，核子仪的使用受到约束。

另一方面，太赫兹光谱技术在现阶段取得长足进步，利用太赫兹波来探测进行物体探测时，不会产生有害的光致电离，是一种有效的无损检测手段；太赫兹波脉冲宽度为皮秒量级，可有效用于进行时间分辨的研究；非极性物质对太赫兹电磁辐射是透明的，更重要的是：太赫兹波对厚度很敏感，可以把它用于物体厚度的测量，因此，技术界越来越多的利用太赫兹光谱技术来探测物体厚度。

在太赫兹光谱技术中，时域光谱技术（TDS）是最成熟的也是最有可能在工业应用中采用的太赫兹技术。太赫兹时域光谱仪一般由光源、光学系统、太赫兹发射极、太赫兹探测器、光谱扫描系统和信息处理软件平台等组成，光源为飞秒激光振荡器，用以泵浦太赫兹发射极产生太赫兹波，而后经由光谱扫描系统，在太赫兹探测器上与参考信号会合，最终在信息处理软件平台上显示出太赫兹光谱。

然而，在利用太赫兹光谱技术探测物体厚度时，由于探测器的探测精度、光信号传播存在损耗等原因，直接利用探测器探测到的光谱并简单依据时域光谱技术计算出来的物体厚度与实际的物体厚度之间存在一定的误差。而目前的探测技术中，缺乏对该误差的有效的修正手段。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种能够对探测误差进行修正，从而有效提高检测精度的基于太赫兹时域光谱技术的厚度检测方法。

本发明的设计思路是：由于简单计算出来的待测物体的估算厚度与待测物体的实际厚度存在厚度误差，该误差会引起提取到的探测信号的折射率产生误差，而由于探测信号的主回波和一级回波在待测物体中的路径是不同的，也就是说厚度误差对主回波的折射率计算和一级回波的折射率计算存在不同程度的影响，因此，利用估算厚度提取到的主回波的折射率n₀和一级回波的折射率n₁是不相同的，两者存在数值差，而且该数值差是由于厚度误差导致的，因此可以采取利用估算厚度提取主回波的折射率n₀和一级回波的折射率n₁，然后在利用折射率n₀和一级回波的折射率n₁推算出厚度误差值，从而能够修正估算厚度，提高检测精度。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供了基于太赫兹时域光谱技术的厚度检测方法，包括：

初步检测步骤：利用太赫兹时域光谱技术检测待测物体，依检测原理计算获得待测物体的估算厚度值L；

折射率提取步骤：记探测信号第一次透过待测物体的脉冲信号为主回波，记探测信号经待测物体内部反射两次后的第二个透射信号为一级回波，利用待测物体的估算厚度值L计算提取主回波的折射率n₀和一级回波的折射率n₁；

误差补偿步骤：根据主回波的折射率n₀和一级回波的折射率n₁的差值来计算待测物体的实际厚度值L₀与估算厚度值L之差值，即厚度修正值                                                ；利用厚度修正值补偿修正估算厚度值L仪获得实际厚度值L₀。

其中，所述初步检测步骤包括：

光谱检测步骤：将待测物体设置于太赫兹时域光谱仪的检测位置上，启动检测并获取太赫兹时域光谱仪探测到的参考信号时域光谱和太赫兹时域光谱仪的探测信号时域光谱；

数据提取步骤：根据参考信号时域光谱和探测信号时域光谱获取探测信号的主回波相对于参考信号的延迟时间和一级回波相对于参考信号的延迟时间；

厚度值估算步骤：依主回波和一级回波的光路传播原理，利用延迟时间和延迟时间计算待测物体的估算厚度值L。

其中，所述厚度值估算步骤中：估算厚度值，其中N为参考信号在空气中的折射率，c为光速。

其中，所述折射率提取步骤包括：

光谱检测步骤：将待测物体设置于太赫兹时域光谱仪的检测位置上，启动检测并获取太赫兹时域光谱仪探测到的参考信号时域光谱和探测信号时域光谱；