测量时域数据中脉冲的渡越时间位置的系统和方法_3

文档序号:9644946阅读:来源:国知局
72。需要注意的是,对于具有运种内部校准标准具的传感器和示出的单层膜类 型样本,存在四个交界面(标准具的前表面和后表面W及样本的前表面和后表面)。因此, 预期存在四个反射峰(在图33中由标号74、76、78和80表示)。运种实验结果的TD-??ζ 波形示出在图22中。观察到了预期的4个反射峰。
[0090] 此外,需要注意的是,运个概念不限于4个交界面,而是能够延伸到任何数量的交 界面,例如多层样本或叠层样本。
[0091] 校准标准具是很理想地由稳定材料制作的,该稳定材料具有低热膨胀系数、在ΤΗζ 频率的低折射率和极低吸收性。高密度聚乙締(皿阳)是合适的目标材料。也可W选择低 电阻率娃或烙融石英。
[0092] 运种校准标准具的目的在于,针对每次波形采集能够同时测量标准具和样本的时 间和幅度。仪表或环境条件的变化会反映为校准标准具峰的变化。选择标准具W提供稳定 的信号,由此标准具测量的变化能够用于调整样本测量。示例性调整包括对样本增量时间 测量定标或使用校准信号幅度信息W改进模型拟合算法。重要的是,应该再次注意,运种校 准/基准信息将包含于每个TD-??ζ反射波形内。TD-??ζ波形时间窗必须足够长,W确保校 准标准具和样本反射都发生在运个窗内。先前讨论的脉冲时间位置方法和算法对于提供足 够的精度W使得运种校准标准有用而言很重要。另外,反射的脉冲的幅度能够用于帮助形 成反射的样本波形脉冲,尤其是对于峰峰幅度和模型拟合方法而言。
[0093] 标准具的厚度可W变化W提供最佳的校准精度。在理想情况下,标准具仅反射小 部分的??ζ脉冲,而使大部分的脉冲能量前进至样本。如果标准具相对较厚,则能够获得两 个明显分开的反射峰(如图6和图22中所示)。然后,测量运两个校准标准具峰之间的增 量时间将会是优选的时间分析方法。如果标准具足够薄,则它将会反射更少的??ζ能量,运 是优选的情况。然而,在运种情况下,各交界面不是时间分辨的,并且将会需要先前讨论的 使用幅度拟合的模型拟合。哪种方法和算法提供更好的样本测量精度将取决于样本和实验 条件(例如,测量速率)。
[0094] 如图34中所示,与内部校准标准具(ICE)84-起使用后反射器82使得可W提高 其它样本性质的测量精度。一个例子是样本的绝对厚度。计算样本的厚度的通常方法需要 样本的前后表面的TD-THz脉冲反射的增量脉冲渡越时间的值W及知晓样本的折射率。通 过使用ICE和后反射器,能够进行更高精度的厚度测量而无需知晓样本材料的折射率。
[0095] 对于运种方法,需要测量和记录空结构的增量脉冲渡越时间值。运个值用于计算 绝对样本厚度。
[0096] -旦样本插入到该结构中,观察到至少四个脉冲(图35)。使用上述高精度方法, 需要找到所有脉冲的渡越时间(TpJ。
[0097] 根据运些高精度值,能够根据下面的公式计算样本的绝对厚度:
[009引厚度二(TRef-Tpkl-Tpk;5+Tpk2)XC
[009引所有的Tpk时间是相对于TPk。时间的时间。利用空ICE/后反射器结构测量TKef值。C是已知的光速的值。该计算提供样本厚度的高精度结果,而不管样本材料的组成。
[0100] 如图4中所示,在透射测量中使THz脉冲多次通过样本将会增加观察到的空气基 准和样本扫描之间的飞行时间延迟,而不会增加时间测量的不精确。运是令人满意的情况。
[0101] 然而,透射测量的不希望的一方面是通常无法区分空气基准扫描的变化(例如, 漂移)或??ζ发射器/接收器间隔的变化(例如,机械运动)与样本的变化。下面的系统 和方法解决运个问题。
[0102] 参照图36,示出了具有样本14的第一多程样本室86和没有样本的第二多程样本 室88。第一多程样本室86和第二多程样本室88都包括全反射镜90和92W及部分反射 镜94和96。此外,分别示出了针对多程样本室86和88获得的样本波形98和100。如果 选择多程样本室86和88的一侧仅进行部分反射,则在同一时域波形内可W多次采集透射 的??ζ脉冲。
[0103] 样本的厚度可W根据与空气相比的样本的透射脉冲之间的间隔的增加来确定。因 此,需要空气的脉冲增量时间值。然而,运个值相对比较容易测量,因为根据样本多程标准 具间隔可W确定增量时间。运个间隔可W设置为任何合适的距离W使透射脉冲之间存在清 楚的分隔。针对所有的样本厚度保持运个最小的分隔,也就是说,两个脉冲不会如薄样本的 反射测量中所示那样彼此进行卷积和彼此干扰。运个方面对于透射测量非常有益。另外,增 加测量的飞行时间延迟(作为通过样本的次数的倍数)的多次透射通过的优点仍然存在。 也就是说,第一透射脉冲和第Ξ透射脉冲之间的延迟将会是空气/单次透射通过的延迟的 四倍。运将会导致显著提高增量时间测量的精度。
[0104] 因为对测量的机械稳定性影响将仅取决于标准具间隔而非发射器到接收器的距 离,所W能够实现另一改进。将会更容易选择产生更大的热稳定性和机械稳定性的标准具 的材料和构造方法。样本室标准具稳定性的提高将直接导致提高测量的精度。
[0105] 图37表示多程样本室86的另一实施例,示出了第一透射脉冲102、第二透射脉冲 104和第Ξ透射脉冲106。如果可W增加标准具W便在??ζ射束中没有样本的情况下出现 设置的脉冲标准具反射,则获得的波形将会同时提供标准具W及穿过样本的透射脉冲的飞 行时间的增加的信息。图37还示出了获得的波形108。
[0106] 参照图38,示出了通常计算机系统的说明性实施例并标记为110。计算机系统110 可包括一组指令,运些指令能够执行W使计算机系统110执行运里公开的任何一种或多种 方法或者基于计算机的功能。计算机系统110可用作独立装置或者可例如通过使用网络连 接到其它计算机系统或外围设备。
[0107] 在联网配置中,计算机系统可在服务器-客户机用户网络环境下用作服务器或用 作客户机用户计算机,或者在对等(或分布式)网络环境下用作对等计算机系统。计算机系 统110也可W实现为或包含于各种装置,诸如:个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个 人数字助手(PDA)、移动装置、掌上计算机、膝上计算机、桌上计算机、通信装置、无线电话、 陆线电话、控制系统、照相机、扫描仪、传真机、打印机、寻呼机、个人安全装置、网络设备、网 络路由器、开关或桥或者任何其它机器(该机器能够执行指定由该机器采取的动作的一组 指令(顺序地或其它方式))。在特定实施例中,能够使用提供语音、视频或数据通信的电子 装置来实现计算机系统110。另外,尽管示出单个计算机系统80,但术语"系统"也可W包 括单独或一起执行用于执行一个或多个计算机功能的一组或多组指令的系统或子系统的 任何集合。
[010引如图38中所示,计算机系统110可包括处理器112,例如中央处理单元(CPU)、图 形处理单元(GPU)或者二者。此外,计算机系统110能够包括主存储器114和静态存储器 116,主存储器114和静态存储器116能够经总线118彼此通信。如图中所示,计算机系统 110可还包括视频显示单元120,诸如液晶显示器化CD)、有机发光二极管(0LED)、平板显示 器、固态显示器或者阴极射线管(CRT)。另外,计算机系统110可包括输入装置122(诸如, 键盘)和光标控制装置124 (诸如,鼠标)。计算机系统110还可W包括盘驱动单元126、信 号产生装置128 (诸如,扬声器或遥控器)和网络接口装置130。
[0109] 在特定实施例中,如图28中所示,盘驱动单元126可包括计算机可读介质132,在 计算机可读介质132中可嵌入一组或多组指令134,例如软件。另外,指令134可实现运里 描述的一种或多种方法或者逻辑。在特定实施例中,指令134可W在由计算机系统110执 行期间全部或者至少部分地驻留在主存储器114、静态存储器116和/或处理器112内。主 存储器114和处理器82还可W包括计算机可读介质。
[0110] 在另一实施例中,可W构造专用硬件实现方式(诸如,专用集成电路、可编程逻辑 阵列和其它硬
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