[發明專利]一種超快透射電子顯微鏡系統及其使用方法

有效

• 申請號: 201610916333.8
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN106645236B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 李建奇;孫帥帥;楊槐馨;田煥芳;曹高龍;李中文;李星元
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G01N23/20058
• 分類號: G01N23/20058
• 代理公司: 北京市英智偉誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11521
• 代理人: 劉丹妮

1.一種超快透射電子顯微鏡系統，其特征在于，所述超快透射電子顯微鏡系統包括超快激光系統、電子槍、照明系統、成像系統、樣品室、探測器和真空設備，其中：

所述激光系統產生激光，將所述激光轉換成探測激光和泵浦激光，并將所述探測激光引入所述電子槍，所述泵浦激光引入樣品室；

所述電子槍將所述探測激光轉換為脈沖光電子并加速到指定電壓；

所述照明系統將所述脈沖光電子會聚到所述樣品室中的樣品上；

所述樣品室將所述泵浦激光照射到所述樣品上；

所述成像系統使會聚到所述樣品上的所述脈沖光電子形成放大的顯微圖像或衍射圖像；

所述探測器記錄所述顯微圖像或衍射圖像；

所述真空設備使所述電子槍、所述照明系統、所述成像系統和所述樣品室保持高真空度；

所述超快激光系統包括超快激光器、分束器、第一激光頻率轉換元件、第二激光頻率轉換元件、第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡、延遲器和激光位置監控設備，其中：

所述超快激光器輸出激光，經過所述分束器后產生兩束激光，一束激光經過所述第一激光頻率轉換元件產生探測激光，所述探測激光經過所述第一聚焦透鏡進入所述電子槍，另一束激光經過所述第二激光頻率轉換元件產生泵浦激光，所述泵浦激光經過所述延遲器使得所述泵浦激光和所述探測激光有時間延遲，然后經過所述第二聚焦透鏡，再經過激光位置監控設備以監控所述泵浦激光入射到所述樣品上的光斑位置的偏移。

2.根據權利要求1所述的超快透射電子顯微鏡系統，其特征在于，

所述探測激光和/或所述泵浦激光波長覆蓋347～1040nm，脈沖寬度35fs～10ps，重復頻率1Hz～80MHz，單脈沖能量1nJ～1mJ，

所述分束器為半透半反介質膜分束鏡，

所述第一激光頻率轉換元件和第二激光頻率轉換元件采用BBO晶體通過Ⅰ類相位匹配實現倍頻、三倍頻或光參量放大過程，

所述延遲器包括電控位移臺與中空回射鏡，和/或

所述激光位置監控設備包括光束取樣鏡片和位置敏感探測器，所述光束取樣鏡片從所述泵浦激光中分出部分激光照射在所述位置敏感探測器上。

3.根據權利要求2所述的超快透射電子顯微鏡系統，其特征在于，所述電控位移臺的精度為1μm和/或行程為1m。

4.根據權利要求1或2所述的超快透射電子顯微鏡系統，其特征在于，所述電子槍為光發射電子槍，包括激光引入窗口、激光反射鏡、光陰極和加速系統，其中：

所述探測激光從所述激光系統通過所述激光引入窗口引入所述電子槍，經所述激光反射鏡反射后照射在所述光陰極產生所述脈沖光電子，所述脈沖光電子通過所述加速系統加速到加速高壓。

5.根據權利要求4所述的超快透射電子顯微鏡系統，其特征在于，所述激光引入窗口為鍍增透膜的熔融石英玻璃，

所述電子槍還具有加熱功能，所述脈沖光電子脈沖寬度為100fs～10ps，單脈沖劑量為1～10⁴電子數，能量為80keV～200keV，和/或

所述加速高壓為80kV、120kV、160kV或200kV。

6.根據權利要求5所述的超快透射電子顯微鏡系統，其特征在于，所述熔融石英玻璃的厚度為5mm和/或直徑為25mm。

7.根據權利要求1所述的超快透射電子顯微鏡系統，其特征在于，所述樣品室包括激光引入窗口和激光反射鏡，

其中：

所述泵浦激光從所述激光系統通過所述激光引入窗口引入所述樣品室，然后通過所述激光反射鏡照射到所述樣品上。

8.根據權利要求7所述的超快透射電子顯微鏡系統，其特征在于，所述樣品室還包括液氮低溫臺、液氦低溫臺、高溫加熱臺、單軸傾斜臺和/或雙軸傾斜臺，和/或

所述激光引入窗口為鍍增透膜的熔融石英玻璃。

9.根據權利要求8所述的超快透射電子顯微鏡系統，其特征在于，所述熔融石英玻璃的厚度為5mm和/或直徑為25mm。