【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体涉及超快透射电子显微镜领域，具体涉及一种用于超快透射电镜的样品杆，能实现超快透射电子显微系统中激光束和电子束位置的同步探测。
技术介绍
1、高分辨电子显微镜是人们认识微观世界的重要工具。利用透射电子显微镜及配套的电子能量损失谱和电子全息可以获得纳米材料的谱学信息及周围纳米尺度电场、磁场分布等物理信息，为把握物质的宏观属性及实现性能调控提供重要线索。随着研究工作的不断深入，人们发现想更深入分析结构对物性的影响并实现宏观调控还需要厘清微观结构的动态过程。得益于超快激光技术的发展，利用飞秒激光泵浦-探测技术，在透射电镜的基础上得到超快透射电镜。
2、如图1所示，超快透射电镜将飞秒激光照射到电子枪上产生超快电子脉冲，随后该电子脉冲穿过由另一束超快激光脉冲激发的样品，从而取得样品的瞬时激发态信息。目前超快电镜的时间分辨率可达百飞秒以下。飞秒激光辐照电子显微镜阴极能够产生与激光脉宽相近的光发射脉冲电子。脉冲电子本身带有的时间宽度信息，利用飞秒脉冲电子成像将相对曝光时间控制在飞秒量级。光的速度是3×108米/秒，光每走过1微米的光程需要3.33飞秒，控制泵浦激光脉冲和成像电子脉冲之间的微米量级的光程差就可以实现飞秒量级的计时。通过多次改变光程差，我们就可以得到相对于泵浦激光不同时间间隔的结构信息，可以像胶片电影放映一样，将微观结构在原子尺度的动态过程播放出来。超快透射电镜能以实空间、倒易空间、能量空间和时间域四种不同方式获得信息。在微纳光子学、材料学等领域具有革命性的应用前景。
3、将上述泵浦激光脉冲和成
技术实现思路
1、本专利技术主要针对超快透射电镜中激光束和电子束空间对准中测量方法难度大、操作过程复杂的问题，提供一种能对超快透射电镜中电子束和激光束坐标直接测量的样品杆，减小操作难度，提高时间效率。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种能同时测量激光束和电子束坐标的透射电镜样品杆，其中所述透射电镜样品杆包括：样品杆头、样品杆身、手握柄；所述样品杆头安装了激光与光电子位置探测器；所述样品杆头与样品杆身机械固定并具有多路信号线连接；所述样品杆身与手握柄内部空心并通过多路信号线；所述样品杆身后端与手握柄机械连接。
3、进一步，样品杆头具有方形凹槽和引脚槽，激光与光电子位置探测器通过凹槽固定，并通过引脚槽与样品杆头电信号连接。
4、进一步，样品杆头具有长条空心圆柱导槽，从方形凹槽贯穿至样品杆头末端，导线设置在该导槽内。
5、进一步，激光与光电子位置探测器具有多层结构，所述多层结构由下至上依次是导电层、图像传感层、导电层、发光体薄膜层和导电层；或者，由下至上依次是导电层、图像传感层、导电层、多芯光纤阵列板、导电层、发光体薄膜层和导电层。
6、进一步，所述的导电层应选择透光性好的薄膜材料；所述的发光体薄膜层能被电子束激发，将电子束转化为可见光信号，此外应保证良好的透光性；所述的图像传感层记录激光束和电子束坐标图像。
7、进一步，样品杆身中部具有定位凹槽与透射电镜机械固定。
8、进一步，手握柄最终将信号传递至透射电镜外部的控制装置中，与样品杆身通过末端接口连接，手握柄上表面具有导向柱与定位凹槽相配合完成样品杆在透射电镜的安装。
9、进一步，所述的图像传感层包括电荷耦合器件(charge-coupled device，ccd)、互补金属氧化物半导体传感器(complementary metal oxide semiconductor，cmos)、光电二极管阵列(photo-diode array，pda)、四象限光电探测器(four-quadrant photodetector)中的一种。
10、进一步，所述的导电层为铟锡氧化物(indium tin oxide，ito)薄膜、掺氟氧化锡薄膜(f-doped tin oxide,fto)、导电玻璃、金属半透明薄膜中的一种。
11、进一步，所述的发光体薄膜层包括稀土荧光粉、闪烁体中的一种。
12、优选地，根据前述的能同时测量激光束和电子束坐标的透射电镜样品杆，其中，所述激光束和电子束位置传感部件中在发光体下层进一步具有由上万根玻璃纤维组成的多芯光纤阵列板(multi-core fiber slab)，在可见光进入坐标探测传感器之前通过多芯光纤阵列板，能消除杂散光、提高成像质量。
13、本专利技术中的激光与光电子位置探测器可使用微纳加工技术制作而成。图像传感层可以选择ccd、cmos、pda等中的一种；导电层选择ito、fto等中的一种，通过等离子体化学气相沉积低温下将化合物沉积在各膜层之间以及侧面形成不超过百纳米的薄膜，保证整体及各膜层间良好的导电性；发光体薄膜层包括稀土荧光粉、闪烁体中的一种，经过旋涂法制备100-200nm的发光体薄膜；多芯光纤阵列板作为发光体的基板可通过光纤面板耦合与光纤光锥耦合两种方式与图像传感层的光敏面耦合。
14、本专利技术还提供上述超快透射电镜样品杆实现超快透射电镜系统中激光束和电子束位置的同步探测方法，其中，所述使用方法包括：(1)样品杆身中部的定位凹槽和手握柄表面的导向柱相配合将样品杆安装在超快透射电镜系统中，并确保电信号连接至超快透射电镜系统外部控制台；(2)利用飞秒激光器、电子阴极、延迟线等产生超快电子束脉冲和超快泵浦激光束；(3)根据泵浦激光束与探测电子束的夹角，使用超快透射电镜系统外部控制台控制样品杆旋转至合适的角度使泵浦激光束和探测电子束照射到样品杆头激光与光电子位置探测器处；(4)在超快电镜系统外部控制台同步得到激光束与电子束位置图像；(5)根据步骤(3)得到的激光束与电子束位置图像调节激光束位移台实现激光束和电子束的空间对准。
15、本专利技术中的透射电镜样品杆工作原理是：泵浦激光束与探测电子束进入样品室，照射到该样品杆前端的激光与光电子位置探测器上。泵浦激光束可通过多层透明材料进入图像传感层得到泵浦激光束的中心位置信息；探测电子束经过发光体薄膜层激发出荧光，将电信号转变为可被图像传感层探测的可见光信号从而获得电子束的位置信息。激光与光电子位置探测器的信息通过样品本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于激光束和电子束位置同步探测的超快透射电镜样品杆，其特征在于，包括依次连接的样品杆头1、样品杆身2和手握柄3；
2.根据权利要求1所述的用于激光束和电子束位置同步探测的超快透射电镜样品杆，其特征在于，所述激光与光电子位置探测器10为多层结构。
3.根据权利要求2所述的用于激光束和电子束位置同步探测的超快透射电镜样品杆，其特征在于，所述多层结构由下至上依次是导电层14、图像传感层13、导电层14、发光体薄膜层16和导电层14；或者，由下至上依次是导电层14、图像传感层13、导电层14、多芯光纤阵列板15、导电层14、发光体薄膜层16和导电层14。
4.根据权利要求3所述的用于激光束和电子束位置同步探测的超快透射电镜样品杆，其特征在于，所述图像传感层13为电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)、互补金属氧化物半导体传感器(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)、光电二极管阵列(Photo-Diode Array，PDA)、四象限光电探测器(Four-Quadr
5.根据权利要求3所述的用于激光束和电子束位置同步探测的超快透射电镜样品杆，其特征在于，所述导电层14为氧化铟锡薄膜(Indium Tin Oxide，ITO)、掺氟氧化锡薄膜(F-doped Tin Oxide,FTO)、导电玻璃、金属半透明薄膜中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的用于激光束和电子束位置同步探测的超快透射电镜样品杆，其特征在于，所述的发光体薄膜层16包括稀土荧光粉、闪烁体中的至少一种。
7.一种利用权利要求1-6任一所述用于超快透射电镜的样品杆实现超快透射电子显微系统中激光束和电子束位置的同步探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于激光束和电子束位置同步探测的超快透射电镜样品杆，其特征在于，包括依次连接的样品杆头1、样品杆身2和手握柄3；
2.根据权利要求1所述的用于激光束和电子束位置同步探测的超快透射电镜样品杆，其特征在于，所述激光与光电子位置探测器10为多层结构。
3.根据权利要求2所述的用于激光束和电子束位置同步探测的超快透射电镜样品杆，其特征在于，所述多层结构由下至上依次是导电层14、图像传感层13、导电层14、发光体薄膜层16和导电层14；或者，由下至上依次是导电层14、图像传感层13、导电层14、多芯光纤阵列板15、导电层14、发光体薄膜层16和导电层14。
4.根据权利要求3所述的用于激光束和电子束位置同步探测的超快透射电镜样品杆，其特征在于，所述图像传感层13为电荷耦合器件(charge-coupled device，ccd)、互补金属氧化物半导体传感器(compleme...
【专利技术属性】
技术研发人员：王康鹏，吴洁，张钰宁，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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