[发明专利]纳米量级物体探测方法、系统、设备及存储介质

说明书

本申请涉及一种纳米量级物体探测方法、设备及存储介质，其方法包括：获取沿光轴对待测物体进行离焦扫描得到的多幅强度图像，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分；建立散射力、功与光强的一阶轴向微分之间的关系式；将探测光的光强的一阶轴向微分代入所述关系式，得到待测物体对探测光的散射力以及功，从而实现待测物体的探测。本申请具有探测效率高、灵敏度高的技术效果。

技术领域

本申请涉及纳米量级显微测量技术领域，尤其是涉及一种纳米量级物体探测方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

在先进微纳米制造不断发展的前提下，各种微纳器件的集成度也不断提高。但由环境中的粉尘颗粒或加工制造过程等引起的纳米级扰动，将降低器件的性能甚至影响整个制造供应链。

原子力显微镜与扫描隧道显微镜虽然可以提供纳米级甚至更高的成像分辨率，但需要利用探针在待测对象表面执行扫描过程，这极大限制了其应用范围。广泛用于微纳表征的扫描电子显微镜，其小视场及需要对样品表面进行电子束轰击也限制了大面积微纳器件的无损检测，尽管很多学者希望使用多电子束来提高视场大小，但仍然难以突破电子间排斥这一物理限制。

基于光学原理的显微镜等测量手段由于具有大视场与低曝光的特点，可以实现非接触式测量与较高的测量效率，但来自成像器件方面的噪声，如光学透镜的缺陷、机械部件的不稳定、相机的散粒噪声与读出噪声，以及样品的边缘粗糙度与线宽粗糙度等，无疑降低了使用光学手段测量时的信噪比。

所以如何提高成像系统对各种噪声的鲁棒性与对纳米级扰动的灵敏度，是实现高效率与低成本的纳米扰动感测的关键技术难题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种纳米量级物体探测方法、系统、设备及存储介质，用以解决纳米量级物体探测效率低、灵敏度低的技术问题。

为了解决上述问题，第一方面，本发明提供一种纳米量级物体探测方法，包括：

获取沿光轴对待测物体进行离焦扫描得到的多幅强度图像，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分；

建立散射力、功与光强的一阶轴向微分之间的关系式；

结合探测光的光强的一阶轴向微分以及所述关系式，计算得到待测物体对探测光的散射力以及功，从而实现待测物体的探测。

可选的，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分，具体为：

选取欠焦的强度图像和过焦的强度图像，运用一阶中心有限差分法进行轴向微分估计：

；

其中，为探测光的光强，为探测光的光强的一阶轴向微分，为过焦的强度图像的光强，为欠焦的强度图像的光强，为离焦距离。

可选的，基于所述强度图像进行有限数值差分得到探测光的光强的一阶轴向微分，具体为：

选取多个测量平面对应的强度图像，运用高阶有限差分进行轴向微分估计：

；

其中，为探测光的光强，为探测光的光强的一阶轴向微分，为第个测量平面的强度图像的光强，为第个测量平面对应的权重，为离焦距离，测量平面的数量为2n+1个，对应2n+1个测量平面中的n值。

可选的，建立散射力、功与光强的一阶轴向微分之间的关系式，具体为：

对于沿光轴方向传播的近轴光束，将近轴光束的动量通量改写为关于光强的表达式；

仅考虑电偶极子模型，将散射力表示为关于动量通量的表达式；