[發(fā)明專(zhuān)利]光學(xué)聚焦和焦斑連續(xù)掃描的透射電子顯微鏡樣品桿系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011272104.X
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112309808B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬超杰;劉暢;劉開(kāi)輝;許晉京;許智;王恩哥;白雪冬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01J37/20
• 分類(lèi)號(hào): H01J37/20;H01J37/21;H01J37/28
• 代理公司: 北京市英智偉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11521
• 代理人: 劉丹妮;姚望舒

本發(fā)明公開(kāi)了一種具備光學(xué)聚焦和焦斑連續(xù)掃描的透射電子顯微鏡樣品桿系統(tǒng)，其至少包括有安裝有光纖和小口徑透鏡的樣品桿、激光器、顯微物鏡、分光棱鏡、反射鏡等構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)，以及壓電陶瓷管、微分測(cè)微頭、三軸位移臺(tái)等構(gòu)成的機(jī)械系統(tǒng)。所述安裝于樣品桿的光纖用于將透射電鏡外部激光引入透射電鏡，位于所述樣品桿內(nèi)部的光纖端面出射的激光通過(guò)所述的小口徑透鏡組成的4f透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生聚焦光斑，所述的壓電陶瓷管和微分測(cè)微頭可實(shí)現(xiàn)聚焦光斑在有限空間的三維掃描。本發(fā)明提出了一種具備光學(xué)聚焦和連續(xù)掃描的透射電子顯微鏡樣品桿系統(tǒng)，用于將聚焦的光學(xué)信號(hào)引入透射電鏡，提高光學(xué)信號(hào)激發(fā)和收集效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及透射電子顯微鏡附件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)聚焦和焦斑連續(xù)掃描的透射電子顯微鏡樣品桿系統(tǒng)。

背景技術(shù)

最近幾十年來(lái)，透射電子顯微鏡的發(fā)展將材料結(jié)構(gòu)表征能力推進(jìn)到了原子尺度，并可在原子尺度表征電子結(jié)構(gòu)。但傳統(tǒng)的商業(yè)電鏡除結(jié)構(gòu)表征能力外，功能較為單一，無(wú)法直接研究材料物性，由此促進(jìn)了原位電鏡領(lǐng)域的研究。原位電鏡研究致力于通過(guò)在透射電鏡腔體中引入如力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)或光學(xué)等信號(hào)激勵(lì)，在透射電鏡中原位地研究材料的力、熱、電、光等性質(zhì)，以期將材料的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)直接關(guān)聯(lián)。其中光學(xué)技術(shù)是研究材料物理性質(zhì)的一個(gè)非常重要的有效手段，例如光譜學(xué)技術(shù)可通過(guò)材料光譜響應(yīng)來(lái)研究光與材料之間的相互作用，同時(shí)超快光譜學(xué)的發(fā)展也將光譜學(xué)技術(shù)的時(shí)間探測(cè)分辨率提高到了飛秒量級(jí)，可進(jìn)一步研究材料電子或激子等的超快動(dòng)力學(xué)過(guò)程。因此如果能在透射電鏡中原位引入光學(xué)信號(hào)，以用來(lái)建立材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的直接聯(lián)系，這不論是在基礎(chǔ)科學(xué)研究方面還是在應(yīng)用技術(shù)方面都具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種具備光學(xué)聚焦和焦斑連續(xù)掃描的透射電鏡的樣品桿系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種透射電子顯微鏡樣品桿系統(tǒng)，所述透射電子顯微鏡樣品桿系統(tǒng)包括：激光器、反射鏡、第一分光棱鏡、顯微物鏡、安裝有光纖和4f縮放系統(tǒng)的樣品桿、光源、第一透鏡、第二分光棱鏡、第二透鏡和圖像采集器件；

其中，所述4f縮放系統(tǒng)由兩塊小口徑透鏡組成。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的系統(tǒng)，其中，所述4f縮放系統(tǒng)的小口徑透鏡的口徑為2mm～8mm，優(yōu)選為5mm～6.25mm；

優(yōu)選地，所述樣品桿通過(guò)所述小口徑透鏡實(shí)現(xiàn)真空密封。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的系統(tǒng)，其中，所述激光器選自以下一種或多種：連續(xù)光半導(dǎo)體激光器、超快脈沖激光器、固體激光器、氣體激光器、光纖耦合激光器。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的系統(tǒng)，其中，所述安裝有光纖和4f縮放系統(tǒng)的樣品桿中的光纖在工作波長(zhǎng)下為單模或少模光纖，或所述光纖為由單模或少模光纖組成的光纖束。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)的激光器后還設(shè)置有擴(kuò)束準(zhǔn)直器。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述激光器需要進(jìn)行脈沖補(bǔ)償時(shí)，所述擴(kuò)束準(zhǔn)直器后進(jìn)一步設(shè)置有兩塊翻轉(zhuǎn)反射鏡和色散補(bǔ)償元件；

優(yōu)選地，所述色散補(bǔ)償元件包括平行放置光柵對(duì)和一個(gè)反射鏡。

根據(jù)本發(fā)明第一方面的系統(tǒng)，其中，所述安裝有光纖和4f縮放系統(tǒng)的樣品桿還包括：

三維位移臺(tái)，所述光纖的近端固定于所述三維位移臺(tái)上；

前端頭；

樣品承載夾具；

壓電陶瓷管，所述壓電陶瓷管在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)精確調(diào)節(jié)聚焦光斑的位置；

定心裝置；和

微分測(cè)微頭，所述微分測(cè)微頭在光束傳播方向調(diào)節(jié)激光的聚焦平面。