[发明专利]一种采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置和方法

权利要求书

1.一种采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，该装置包括：飞秒激光器及汇聚扫描系统、样品台机械数控移动系统、共轴显微观察定位系统、计算机集中数据监控及可视化系统、减震系统及防护系统，激光光源的飞秒激光从激光器中发出后，经过多级激光组合镜头汇聚后，与普通光光源的普通冷光经由不同的接口以同轴光的形式，接入到共轴显微观察定位系统；共轴显微观察定位系统和样品台机械数控移动系统通过USB线或网线与计算机集中数据监控及可视化系统相连，具体结构如下：

激光光源和普通光光源分别通过一个接口以同轴光的形式，通过光缆接入激光汇聚及显微观察系统，并且激光光源和普通光光源通过电动切换开关进行切换；激光汇聚及显微观察系统与CCD摄像头的输入端连接，CCD摄像头的输出端和运动控制器的输入端通过USB线或网线与计算机连接，进行显微观察定位和数控编程；激光汇聚及显微观察系统配备不同倍数的长焦物镜，针对不同样品和加工要求进行观察选择；激光汇聚及显微观察系统设置于激光汇聚模块机械移动系统上，运动控制器的输出端与样品台机械数控移动系统连接，样品台机械数控移动系统设置于气浮减震平台上，气浮减震平台的进气端与气泵连接。

2.根据权利要求1所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，飞秒激光器及汇聚扫描系统，包括：一台飞秒激光器，其由飞秒激光振荡器、泵浦源和飞秒激光放大器三部分配套组成，发射脉宽<400fs，单脉冲能量>50μJ的超快激光；一套安装于激光器出光口的组合镜头，用于对飞秒激光光斑进行第一级缩小。

3.根据权利要求1所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，共轴显微观察定位系统，包括一个激光光缆接口、一个普通光光缆接口、电动同轴光光源切换开关、一个激光CCD摄像头、普通显微镜目镜、物镜和一组不同倍率的超长焦距物镜配套而成，通过共轴显微观察定位系统对光纤里的激光进行二次汇聚。

4.根据权利要求1所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，样品台机械数控移动系统，包括：一套在x、y、z三维空间内任意移动的组合滑台；一台通保护性气体的透光密封性样品腔；一台实时监测经汇聚后的激光能量的探测装置；一台夹持薄膜样品、纤维样品和块体样品的样品台；一台液氮冷却低温加工台；其中，

一套在x、y、z三维空间内任意移动的组合滑台，每一方向滑台均通过单独的伺服电机控制，且x、y、z的三维组合滑台接入同一台控制器，并进一步连入计算机，通过计算机的位移控制软件窗口输入需要加工的图形程序，实现重复定位精度达0.5μm、移动速度1mm/min～1000mm/min连续可调的移动；同时也配备面内旋转的滑台，通过伺服电机控制，使用计算机软件来对样品进行旋转；

一台通保护性气体的透光密封性样品腔，其设有一个抽气口，一个充气口，一个排气口，并在充气口前端配备气体流量计，通过调节流量计示数，实现在激光加工时惰性气体正压防氧化的保护环境，或对切割样品时留下的灰渣进行吹扫；同时在抽气口前端配备一台机械干泵，在密闭腔室内获得一个<5Pa的真空环境；在腔室上方有一块激光的增透镜片，用于透过飞秒激光，对腔室内的样品进行加工；

一台液氮冷却低温加工台，其设有一个液氮冷却室，一个隔热腔；进一步的，液氮冷却室包括：一个液氮注入口，一个排气口；

一台实时监测经汇聚后的激光能量的探测装置，将功率探头对正物镜聚焦后的激光束，探测实际作用的激光功率；

一台夹持薄膜样品、纤维样品和块体样品的样品台，其结构为一侧固定，另一侧为一个水平移动的滑台，对块体样品采用挤压式；对薄片和纤维样品，在滑块与固定块上侧各有一个共轴旋转电机，将样品采用压片的方式固定于电机轴承中心，用计算机控制实现，样品的一维旋转；对于薄膜样品，采用顶端的压片进行固定。

5.根据权利要求1所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，计算机集中数据监控及可视化系统，包括：一套对机械位移进行数控和实时监控的软件，通过输入CAD矢量图，编辑程序实现激光和普通光的切换，以及图像的加工；一套将激光CCD摄像头图像进行成像，进行方便进行实施观察、测量和精确定位，同时也具备拍照、录像加标尺功能。