[发明专利]超快扫描电子显微镜数据自动采集系统及方法

说明书

本发明提供了一种超快扫描电子显微镜数据自动采集系统及方法，数据采集计算机同时与光学延迟线和SEM控制计算机进行实时通讯，以起到二者的即时控制和相互触发的作用，它们与SEM等实验设备共同组成了SUEM数据自动采集系统。在数据采集计算机中，本发明通过分别调用相关接口控制光学延迟线的移动和SEM的图像采集功能来实现SUEM的数据自动采集工作，实验人员只需要在数据采集计算机中，启动相应数据采集系统，设置好相应的数据采集参数，并连接延迟线和SEM，设定好SEM图像采集参数，即可进行一键式数据自动采集工作。本发明解决了当前超快扫描电子显微镜数据人工采集的重复性高、时间成本大和易操作失误等问题。

技术领域

本发明涉及超快电子显微镜领域，具体涉及一种超快扫描电子显微镜数据自动采集系统及方法。

背景技术

超快扫描电子显微镜(SUEM，Scanning Ultrafast Electron Microscope)作为超快电子显微技术的一种，将超低时间尺度的飞秒脉冲激光与扫描电子显微镜结合到一起，同时具备了纳米级的高空间分辨率和亚皮秒级的时间分辨率。作为一种新型技术手段，SUEM利用光脉冲激发-电子脉冲探测的方式，对晶体半导体、半导体p-n节、低维材料、非晶半导体等材料的载流子动力学过程进行空间与时间的直接成像。在SUEM系统中，飞秒激光系统产生的红外脉冲激光经过倍频和分束获得两束激光脉冲，其中一束激光被引入到扫描电子显微镜(SEM)的电子发射枪的尖部用来发射探测脉冲电子，这部分电子经过SEM内部的一对扫描偏转线圈在样品表面的矩形区域进行扫描，另一束激光脉冲经过可编程的光学延迟线被引入到电镜的样品仓中作为材料的泵浦光源。泵浦光和探测电子到达样品的间隔时间被称为延迟时间，通过计算机控制光学延迟线即可改变泵浦光光程，进而改变延迟时间，从而实现高时空分辨的扫描二次电子图像。为了提高数据的信噪比，一般需要将特定延迟时间下的图像进行数次至数十次叠加，在目前国际上已有的数据采集条件下，需要实验人员按照约定好的延迟时间列表进行上百甚至上千次重复操作，包括对延迟线的移动操作和SEM的图像采集操作，这对实验人员来说是大量的时间成本，并且在人为的重复操作中实验人员的失误也可能造成数据采集质量不佳。因此，一种能够基于超快扫描电子显微镜系统的自动化数据采集方案亟需被开发出来。

发明内容

针对当前超快扫描电子显微镜数据人工采集的重复性高、时间成本大和易操作失误等问题，本发明提供了一种超快扫描电子显微镜数据自动采集系统及方法。在本发明中，一台指定的数据采集计算机同时与光学延迟线和SEM控制计算机进行实时通讯，以起到二者的即时控制和相互触发的作用，它们与SEM等实验设备及相关控制程序共同组成了SUEM数据自动采集系统。在数据采集计算机中，本发明通过分别调用相关接口控制光学延迟线的移动和SEM的图像采集功能来实现SUEM的数据自动采集工作，实验人员只需要在数据采集计算机中，启动相应数据采集系统，设置好相应的数据采集参数，并连接延迟线和SEM，设定好SEM图像采集参数，即可进行一键式数据自动采集工作。

具体技术方案为：

超快扫描电子显微镜数据自动采集系统，包括飞秒激光系统，飞秒激光系统产生红外飞秒脉冲激光，光路上设有倍频分束光路，经过倍频分束光路得到探测光脉冲和泵浦光脉冲；

探测光脉冲的光路上设有扫描电子显微镜SEM，探测光脉冲进入SEM中并对准SEM的电子枪上，从而控制脉冲光电子的发射；

泵浦光脉冲的光路上设有光学延迟线，泵浦光脉冲通过光学延迟线改变光程，从而实现探测光脉冲和泵浦光脉冲之间从飞秒到纳秒尺度的延迟时间，得到不同延迟时间下的SEM二次电子信号，进而获得半导体等材料的载流子超快时空动力学信息；

光学延迟线通过对应的光学延迟线控制器进行控制，二者通过有线连接；

光学延迟线控制器与数据采集计算机通过网线进行连接，数据采集计算机通过调用延迟线提供的C语言接口，进而控制光学延迟线的各项性能参数；

SEM连接用于控制SEM各项参数的SEM控制计算机；