[發明專利]一種采用匯聚飛秒激光制備原位電鏡樣品的裝置和方法

在審

• 申請號: 201710981432.9
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107745197A
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 譚軍;王忠良;趙洋;靳群;邰凱平;姜辛
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B23K26/70
• 分類號: B23K26/70;B23K26/03
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 張志偉

1.一種采用匯聚飛秒激光制備原位電鏡樣品的裝置，其特征在于，該裝置包括：飛秒激光器及匯聚掃描系統、樣品臺機械數控移動系統、共軸顯微觀察定位系統、計算機集中數據監控及可視化系統、減震系統及防護系統，激光光源的飛秒激光從激光器中發出后，經過多級激光組合鏡頭匯聚后，與普通光光源的普通冷光經由不同的接口以同軸光的形式，接入到共軸顯微觀察定位系統；共軸顯微觀察定位系統和樣品臺機械數控移動系統通過USB線或網線與計算機集中數據監控及可視化系統相連，具體結構如下：

激光光源和普通光光源分別通過一個接口以同軸光的形式，通過光纜接入激光匯聚及顯微觀察系統，并且激光光源和普通光光源通過電動切換開關進行切換；激光匯聚及顯微觀察系統與CCD攝像頭的輸入端連接，CCD攝像頭的輸出端和運動控制器的輸入端通過USB線或網線與計算機連接，進行顯微觀察定位和數控編程；激光匯聚及顯微觀察系統配備不同倍數的長焦物鏡，針對不同樣品和加工要求進行觀察選擇；激光匯聚及顯微觀察系統設置于激光匯聚模塊機械移動系統上，運動控制器的輸出端與樣品臺機械數控移動系統連接，樣品臺機械數控移動系統設置于氣浮減震平臺上，氣浮減震平臺的進氣端與氣泵連接。

2.根據權利要求1所述的采用匯聚飛秒激光制備原位電鏡樣品的裝置，其特征在于，飛秒激光器及匯聚掃描系統，包括：一臺飛秒激光器，其由飛秒激光振蕩器、泵浦源和飛秒激光放大器三部分配套組成，發射脈寬<400fs，單脈沖能量>50μJ的超快激光；一套安裝于激光器出光口的組合鏡頭，用于對飛秒激光光斑進行第一級縮小。

3.根據權利要求1所述的采用匯聚飛秒激光制備原位電鏡樣品的裝置，其特征在于，共軸顯微觀察定位系統，包括一個激光光纜接口、一個普通光光纜接口、電動同軸光光源切換開關、一個激光CCD攝像頭、普通顯微鏡目鏡、物鏡和一組不同倍率的超長焦距物鏡配套而成，通過共軸顯微觀察定位系統對光纖里的激光進行二次匯聚。

4.根據權利要求1所述的采用匯聚飛秒激光制備原位電鏡樣品的裝置，其特征在于，樣品臺機械數控移動系統，包括：一套在x、y、z三維空間內任意移動的組合滑臺；一臺通保護性氣體的透光密封性樣品腔；一臺實時監測經匯聚后的激光能量的探測裝置；一臺夾持薄膜樣品、纖維樣品和塊體樣品的樣品臺；一臺液氮冷卻低溫加工臺；其中，

一套在x、y、z三維空間內任意移動的組合滑臺，每一方向滑臺均通過單獨的伺服電機控制，且x、y、z的三維組合滑臺接入同一臺控制器，并進一步連入計算機，通過計算機的位移控制軟件窗口輸入需要加工的圖形程序，實現重復定位精度達0.5μm、移動速度1mm/min～1000mm/min連續可調的移動；同時也配備面內旋轉的滑臺，通過伺服電機控制，使用計算機軟件來對樣品進行旋轉；

一臺通保護性氣體的透光密封性樣品腔，其設有一個抽氣口，一個充氣口，一個排氣口，并在充氣口前端配備氣體流量計，通過調節流量計示數，實現在激光加工時惰性氣體正壓防氧化的保護環境，或對切割樣品時留下的灰渣進行吹掃；同時在抽氣口前端配備一臺機械干泵，在密閉腔室內獲得一個<5Pa的真空環境；在腔室上方有一塊激光的增透鏡片，用于透過飛秒激光，對腔室內的樣品進行加工；

一臺液氮冷卻低溫加工臺，其設有一個液氮冷卻室，一個隔熱腔；進一步的，液氮冷卻室包括：一個液氮注入口，一個排氣口；

一臺實時監測經匯聚后的激光能量的探測裝置，將功率探頭對正物鏡聚焦后的激光束，探測實際作用的激光功率；

一臺夾持薄膜樣品、纖維樣品和塊體樣品的樣品臺，其結構為一側固定，另一側為一個水平移動的滑臺，對塊體樣品采用擠壓式；對薄片和纖維樣品，在滑塊與固定塊上側各有一個共軸旋轉電機，將樣品采用壓片的方式固定于電機軸承中心，用計算機控制實現，樣品的一維旋轉；對于薄膜樣品，采用頂端的壓片進行固定。

5.根據權利要求1所述的采用匯聚飛秒激光制備原位電鏡樣品的裝置，其特征在于，計算機集中數據監控及可視化系統，包括：一套對機械位移進行數控和實時監控的軟件，通過輸入CAD矢量圖，編輯程序實現激光和普通光的切換，以及圖像的加工；一套將激光CCD攝像頭圖像進行成像，進行方便進行實施觀察、測量和精確定位，同時也具備拍照、錄像加標尺功能。