[发明专利]光学聚焦和焦斑连续扫描的透射电子显微镜样品杆系统

说明书

本发明公开了一种具备光学聚焦和焦斑连续扫描的透射电子显微镜样品杆系统，其至少包括有安装有光纤和小口径透镜的样品杆、激光器、显微物镜、分光棱镜、反射镜等构成的光学系统，以及压电陶瓷管、微分测微头、三轴位移台等构成的机械系统。所述安装于样品杆的光纤用于将透射电镜外部激光引入透射电镜，位于所述样品杆内部的光纤端面出射的激光通过所述的小口径透镜组成的4f透镜系统产生聚焦光斑，所述的压电陶瓷管和微分测微头可实现聚焦光斑在有限空间的三维扫描。本发明提出了一种具备光学聚焦和连续扫描的透射电子显微镜样品杆系统，用于将聚焦的光学信号引入透射电镜，提高光学信号激发和收集效率。

技术领域

本发明涉及透射电子显微镜附件技术领域，具体涉及一种光学聚焦和焦斑连续扫描的透射电子显微镜样品杆系统。

背景技术

最近几十年来，透射电子显微镜的发展将材料结构表征能力推进到了原子尺度，并可在原子尺度表征电子结构。但传统的商业电镜除结构表征能力外，功能较为单一，无法直接研究材料物性，由此促进了原位电镜领域的研究。原位电镜研究致力于通过在透射电镜腔体中引入如力学、热学、电学或光学等信号激励，在透射电镜中原位地研究材料的力、热、电、光等性质，以期将材料的结构和物理性质直接关联。其中光学技术是研究材料物理性质的一个非常重要的有效手段，例如光谱学技术可通过材料光谱响应来研究光与材料之间的相互作用，同时超快光谱学的发展也将光谱学技术的时间探测分辨率提高到了飞秒量级，可进一步研究材料电子或激子等的超快动力学过程。因此如果能在透射电镜中原位引入光学信号，以用来建立材料微观结构和性质的直接联系，这不论是在基础科学研究方面还是在应用技术方面都具有重要意义。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种具备光学聚焦和焦斑连续扫描的透射电镜的样品杆系统。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种透射电子显微镜样品杆系统，所述透射电子显微镜样品杆系统包括：激光器、反射镜、第一分光棱镜、显微物镜、安装有光纤和4f缩放系统的样品杆、光源、第一透镜、第二分光棱镜、第二透镜和图像采集器件；

其中，所述4f缩放系统由两块小口径透镜组成。

根据本发明第一方面的系统，其中，所述4f缩放系统的小口径透镜的口径为2mm～8mm，优选为5mm～6.25mm；

优选地，所述样品杆通过所述小口径透镜实现真空密封。

根据本发明第一方面的系统，其中，所述激光器选自以下一种或多种：连续光半导体激光器、超快脉冲激光器、固体激光器、气体激光器、光纤耦合激光器。

根据本发明第一方面的系统，其中，所述安装有光纤和4f缩放系统的样品杆中的光纤在工作波长下为单模或少模光纤，或所述光纤为由单模或少模光纤组成的光纤束。

根据本发明第一方面的系统，其中，所述系统的激光器后还设置有扩束准直器。

根据本发明第一方面的系统，其中，当所述激光器需要进行脉冲补偿时，所述扩束准直器后进一步设置有两块翻转反射镜和色散补偿元件；

优选地，所述色散补偿元件包括平行放置光栅对和一个反射镜。

根据本发明第一方面的系统，其中，所述安装有光纤和4f缩放系统的样品杆还包括：

三维位移台，所述光纤的近端固定于所述三维位移台上；

前端头；

样品承载夹具；

压电陶瓷管，所述压电陶瓷管在垂直于光传播方向的平面内精确调节聚焦光斑的位置；

定心装置；和

微分测微头，所述微分测微头在光束传播方向调节激光的聚焦平面。