本发明专利技术涉及一种可视化透射电子显微镜演示装置，属于电子显微镜演示技术领域。本发明专利技术通过“以激光模拟透射电子显微镜的高能电子束”、“以样品光栅模拟具有周期结构的晶体样品”、“以‘透镜组’+‘摄像机(或光屏)’来模拟透射电子显微镜的成像系统”，实现了对透射电子显微镜的工作模式的模拟，具有原理清楚明白、结构简单明了、可操作性强、部件通用易于维修替换的特点，更可以进一步扩展其功能。适用于透射电镜原理及使用方法的教学，可以解决现阶段该类课程教学主要基于书本而过于抽象，学生难以理解透射电镜相对复杂的工作的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可视化透射电子显微镜演示装置，属于电子显微镜演示
技术介绍
透射电子显微镜，是一种综合分析测试仪器，具有超高的空间分辨率和多种原位分析功能，在材料微结构分析领域，应用非常广泛。因此，目前国内各大高校材料学院都开设了材料分析测试技术课程，专门讲授透射电子显微镜的原理与使用。然而，在透射电子显微镜的教学中存在以下问题：(1)透射电子显微镜使用高能电子束作为“光源”，电子束极易被气体分子散射而轨迹改变，因此要求在高真空下工作；另外，高能电子束会辐射出的x射线，损害人体。因此，透射电子显微镜外壳封闭，电子束光路不可见；(2)透射电子显微镜要求的样品制作、保存难度大，难以批量制作，用以教学展示。且实际材料样品的结构复杂，其像与衍射花样较为繁复，无助于初学者对透射电子显微镜的工作原理理解；(3)透射电子显微镜购置价格昂贵，使用、维护费用也较高，数量较少。难以满足高校、培训机构的日常教学工作，多数学生无法亲自动手进行操作。以上三个原因，再加上电子显微分析的理论基础非常抽象，导致学生在透射电子显微镜原理的学习中存在较大困难，无法透彻理解透射电子显微镜的原理，使透射电子显微分析理论与操作技术成为最难掌握的科学实验技术课程之一。因此，亟需一种透射电子显微镜的演示装置，并且可以使学生亲自动手操作。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种可视化透射电子显微镜演示装置，该装置能够可视化地模拟透射电子显微镜的主要功能及光学原理。本专利技术的技术方案如下：本专利技术的一种可视化透射电子显微镜演示装置，该装置包括准直光源、样品光栅、第一透镜、光阑I、光阑II、第二透镜、光屏、基座、第一支架和第二支架；所述的第二透镜还可以用放大透镜组来代替，可以更真实地模拟演示透射电子显微镜的光路；所述的光屏还可以用摄像机来代替，可以将呈现的图像使用计算机来采集处理；所述的准直光源可以使用半导体激光发生器、针孔滤波器和准直镜得到，半导体激光发生器产生的光束通过针孔滤波器的小孔发生衍射，其中零级衍射束通过准直镜后输出，得到单色性好、平行度高激光；该准直光源还可以直接采用带扩束镜的激光发生器；所述的样品光栅由多块形状不同的、50-100线的一维平面光栅制作而成；所述的第一透镜为凸透镜；所述的第二透镜为凸透镜；所述的放大透镜组由两个或三个凸透镜组成；所述的光阑I由带孔的不透明金属板制作而成，例如黑色铁板，为避免再次发生夫琅和费圆孔衍射导致成像模式下花样重叠，所述的孔径应远大于激光波长，又为避免成像时同时选中多个光束，所述的孔径不宜过大，所述的孔径一般为1-3mm；所述的光阑II由带孔的不透明金属板制作而成，例如黑色铁板，为避免再次发生夫琅和费圆孔衍射导致衍射模式下花样重叠，所述的孔径应远大于激光波长，又为避免选区衍射时同时选中多个区域，所述的孔径不宜过大，所述的孔径一般为1-3mm；所述的摄像机为可承受激光照射的工业相机；所述的准直光源、样品光栅、第一透镜、第二透镜和光屏，从左到右依次放置在基座上；所述的准直光源、样品光栅、第一透镜、第二透镜均固定安装在基座上；所述的光阑I通过第一支架进行固定，第一支架带动光阑I相对于基座可以上下运动还可以靠近基座或远离基座移动；所述的光阑II通过第二支架进行固定，第二支架带动光阑II相对于基座可以上下运动还可以靠近基座或远离基座移动；所述的基座上带有滑轨，所述的光屏可以在基座的滑轨上左右移动，即光屏可以在基座上向靠近第二透镜或远离第二透镜移动；所述的光阑I位于第一透镜的焦平面上，第一透镜与光阑I之间的距离为第一透镜的焦距f1；所述的光阑II位于第一透镜的像平面上，第一透镜和光阑II之间的距离为第一透镜的像距V、样品光栅和第一透镜之间的距离为第一透镜的物距U，像距V、物距U与第一透镜的焦距f1之间的关系满足高斯公式，即1/U+1/V＝1/f1；U大于f1；所述的第二透镜与第一透镜的像平面之间的距离大于第二透镜的焦距f2；所述的第一支架和第二支架的移动可以通过步进电机带动丝杠的旋转实现，步进电机可使用PLC进行程序控制；所述的光屏的移动可以通过直线电机实现，直线电机可使用PLC进行程序控制；所述的准直光源发出的激光能够依次通过样品光栅、第一透镜、第二透镜、光屏的中心。有益效果(1)本专利技术的装置中以激光模拟透射电子显微镜的高能电子束，解决高能电子束轨迹不可见的问题：通过设计准直光源，得到足以衍射和成像的准直单色光。由于成像光束在可见光范围类，对环境要求不高，故将整个装置设计成了开放式，作为教学展示用具，可以更直观地进行演示；(2)本专利技术的装置中以光栅衍射模拟晶面对高能电子束的布拉格衍射，解决透射电子显微镜样品难以批量制作、不易保存且难以用作演示样品的问题：通过设计样品光栅，模拟晶体样品，可以模拟晶体中具有不同取向和周期性的不同晶区，用来展示选取衍射；(3)本专利技术的装置中“透镜组”+“摄像机(或光屏)”来模拟透射电子显微镜的成像系统，利用摄像机进行图像采集，为了解决激光能量密度高，易损坏CCD元件的问题，在准直光源光线出射口加装偏振片组减弱激光能量密度，或先以毛玻璃间接成像，再用CCD进行拍摄，也可以直接用白色铁板制的光屏进行成像观察；(4)本专利技术的装置中使用所述的准直光源发出的激光，模拟透射电子显微镜中电子枪发射的高能电子束；本专利技术的装置中第一透镜(是一种光学凸透镜)汇聚激光，模拟透射电子显微镜中以电磁场汇聚高能电子束；本专利技术的装置中的样品光栅(是一种一维平面光栅)发生光栅衍射，模拟透射电子显微镜中晶体点阵对高能电子束的布拉格衍射；本专利技术的装置中光阑I、光阑II，模拟透射 电子显微镜中的物镜光阑、选区光阑；本专利技术的装置中摄像机，模拟透射电子显微镜中的CCD成像元件；(5)本专利技术通过“以激光模拟透射电子显微镜的高能电子束”、“以样品光栅模拟具有周期结构的晶体样品”、“以‘透镜组’+‘摄像机(或光屏)’来模拟透射电子显微镜的成像系统”，实现了对透射电子显微镜的工作模式的模拟，具有原理清楚明白、结构简单明了、可操作性强、部件通用易于维修替换的特点，更可以进一步扩展其功能。适用于透射电镜原理及使用方法的教学，可以解决现阶段该类课程教学主要基于书本而过于抽象，学生难以理解透射电镜相对复杂的工作的问题。附图说明图1a为本专利技术的装置的结构示意图；图1b为本专利技术的装置的结构示意图；图1c为本专利技术的第一支架装置的结构示意图；图1d为本专利技术的第二支架装置的结构示意图；图2为样品光栅的结构示意图；图3为光阑I或光阑II的结构示意图；图4为明场像模式；图5为第一种暗场像模式；图6为第二种暗场相模式；图7为高分辨像模式；图8为三角形区域的选区衍射模式；图9为方形区域的选区衍射模式。具体实施方式下面结合实施例和附图，对本专利技术做进一步说明：一种可视化透射电子显微镜演示装置，包括以下部件：1.基座，2.半导体激光发生器，3.针孔滤波器，4.准直镜，5.样品光栅，6.第一透镜，7.第一支架，8.第二支架，9.光阑I，10.光阑II，11.放大透镜组，12.摄像机(或光屏)；按以下方式组装和调整：将光阑I 9、光阑II 10、分别装在第一支架7、第二支架8上；将由半导体激光发生器2、针孔滤波器3和准直镜4得本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可视化透射电子显微镜演示装置，其特征在于：该装置包括准直光源、样品光栅、第一透镜、光阑I、光阑II、第二透镜、光屏和基座；所述的第一透镜为凸透镜；所述的第二透镜为凸透镜；所述的光阑I为带孔不透明板，孔的半径为1‑3mm；所述的光阑II为带孔不透明板，孔的半径为1‑3mm；所述的准直光源、样品光栅、第一透镜、第二透镜和光屏，从左到右依次放置在基座上；所述的光阑I相对于基座能够上下运动并且能够向靠近基座的方向或远离基座的方向移动；所述的光阑II相对于基座能够上下运动并且能够向靠近基座的方向或远离基座的方向移动；所述的基座上带有滑轨，所述的光屏能够在基座的滑轨上左右移动；所述的光阑I位于第一透镜的焦平面上；所述的样品光栅位于第一透镜的物平面上；所述的光阑II位于第一透镜的像平面上；所述的第一透镜的物距大于第一透镜的焦距；所述的第二透镜与第一透镜的像平面之间的距离大于第二透镜的焦距。
【技术特征摘要】
1.一种可视化透射电子显微镜演示装置，其特征在于：该装置包括准直光源、样品光栅、第一透镜、光阑I、光阑II、第二透镜、光屏和基座；所述的第一透镜为凸透镜；所述的第二透镜为凸透镜；所述的光阑I为带孔不透明板，孔的半径为1-3mm；所述的光阑II为带孔不透明板，孔的半径为1-3mm；所述的准直光源、样品光栅、第一透镜、第二透镜和光屏，从左到右依次放置在基座上；所述的光阑I相对于基座能够上下运动并且能够向靠近基座的方向或远离基座的方向移动；所述的光阑II相对于基座能够上下运动并且能够向靠近基座的方向或远离基座的方向移动；所述的基座上带有滑轨，所述的光屏能够在基座的滑轨上左右移动；所述的光阑I位于第一透镜的焦平面上；所述的样品光栅位于第一透镜的物平面上；所述的光阑II位于第一透镜的像平面上；所述的第一透镜的物距大于第一透镜的焦距；所述的第二透镜与第一透镜的像平面之间的距离大于第二透镜的焦距。2.根据权利要求1所述的一种可视化透射电子显微镜演示装置，其特征在于：所述的第二透镜用放大透镜组来代替，所述的放大透镜组由两个或三个凸透镜组成。3.根据权利要求1所述的一种可视化透射电子显微镜演示装置，其特征在于：所述的光屏用摄像机来代替，摄像机为能够承受激光照射的工业相机。4.根据权利要求1所述的一种可视化透射电子显微镜演示装置，其特征在于：所述的准直光源为使用半导...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳峻逸，谭成文，苏铁健，于晓东，姜威宇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。