一种超快透射电子显微镜系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术提供一种超快透射电子显微镜系统，所述超快透射电子显微镜系统包括超快激光系统、电子枪、照明系统、成像系统、样品室、探测器和真空设备。所述超快透射电子显微镜系统能细致地测试样品在不同激光参数及环境温度下的超快结构变化过程，包括不同激发波长、脉冲宽度、激光功率、重复频率以及样品温度等，采集到的信号包括衍射、显微图像以及能量损失谱等，通过分析衍射峰位置、强度，图像衬度变化等分析超快结构变化过程。

Ultrafast transmission electron microscope system and method of use thereof

【技术实现步骤摘要】
一种超快透射电子显微镜系统及其使用方法
本专利技术涉及一种透射电子显微镜系统，尤其涉及一种超快透射电子显微镜系统，以及该电子显微镜系统的使用方法。
技术介绍
透射电子显微镜，简称透射电镜，把经加速和聚焦的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射，散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件(如荧光屏、胶片，或者感光耦合组件)上显示出来。自20世纪30年代透射电镜专利技术以来，透射电子显微镜的空间分辨率不断提高。随着球差校正器的使用，其空间分辨率可以突破1埃，已满足了人们对结构研究的绝大部分要求。研究人员开始倾向于提高透射电子显微镜其他维度的分辨率。随着材料、化学和凝聚态物理发展，在材料的动态过程研究中，对透射电子显微镜的时间分辨率上有了很大的要求，即要求能够观察到足够短的时间内的(比如纳秒，甚至飞秒)瞬间态。对材料动态结构的研究中，目前所采用的多为超快X射线衍射，但由于X射线本身的局限性，无法达到很高的空间分辨率，而且得到的都是大面积范围的平均信息。对于纳米尺度的局域结构的动态变化过程，只有借助本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超快透射电子显微镜系统，其特征在于，所述超快透射电子显微镜系统包括超快激光系统、电子枪、照明系统、成像系统、样品室、探测器和真空设备，其中：所述激光系统产生激光，将所述激光转换成探测激光和泵浦激光，并将所述探测激光引入所述电子枪，所述泵浦激光引入样品室；所述电子枪将所述探测激光转换为脉冲光电子并加速到指定电压；所述照明系统将所述脉冲光电子会聚到所述样品室中的样品上；所述样品室将所述泵浦激光照射到所述样品上；所述成像系统使会聚到所述样品上的所述脉冲光电子形成放大的显微图像或衍射图像；所述探测器记录所述显微图像或衍射图像；所述真空设备使所述电子枪、所述照明系统、所述成像系统和所述样品室保持高真...

【技术特征摘要】
1.一种超快透射电子显微镜系统，其特征在于，所述超快透射电子显微镜系统包括超快激光系统、电子枪、照明系统、成像系统、样品室、探测器和真空设备，其中：所述激光系统产生激光，将所述激光转换成探测激光和泵浦激光，并将所述探测激光引入所述电子枪，所述泵浦激光引入样品室；所述电子枪将所述探测激光转换为脉冲光电子并加速到指定电压；所述照明系统将所述脉冲光电子会聚到所述样品室中的样品上；所述样品室将所述泵浦激光照射到所述样品上；所述成像系统使会聚到所述样品上的所述脉冲光电子形成放大的显微图像或衍射图像；所述探测器记录所述显微图像或衍射图像；所述真空设备使所述电子枪、所述照明系统、所述成像系统和所述样品室保持高真空度。2.根据权利要求1所述的超快透射电子显微镜系统，其特征在于，所述超快激光系统包括超快激光器、分束器、第一激光频率转换元件、第二激光频率转换元件、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、延迟器和激光位置监控设备，其中：所述超快激光器输出激光，经过所述分束器后产生两束激光，一束激光经过所述第一激光频率转换元件产生探测激光，所述探测激光经过所述第一聚焦透镜进入所述电子枪，另一束激光经过所述第二激光频率转换元件产生泵浦激光，所述泵浦激光经过所述延迟器使得所述泵浦激光和所述探测激光有时间延迟，然后经过所述第二聚焦透镜，再经过激光位置监控设备以监控所述泵浦激光入射到所述样品上的光斑位置的偏移；优选地：所述探测激光和/或所述泵浦激光波长覆盖347～1040nm，脉冲宽度35fs～10ps，重复频率1Hz～80MHz，单脉冲能量1nJ～1mJ，所述分束器为半透半反介质膜分束镜，所述激光频率转换元件采用BBO晶体通过Ⅰ类相位匹配实现倍频、三倍频或光参量放大过程，所述延迟器包括电控位移台与中空回射镜，更优选地，所述电控位移台的精度为1μm和/或行程为1m，和/或所述激光位置监控设备包括光束取样镜片和位置敏感探测器，所述光束取样镜片从所述泵浦激光中分出部分激光照射在所述位置敏感探测器上。3.根据权利要求1或2所述的超快透射电子显微镜系统，其特征在于，所述电子枪为光发射电子枪，包括激光引入窗口、激光反射镜、光阴极和加速系统，其中：所述探测激光从所述激光系统通过所述激光引入窗口引入所述电子枪，经所述激光反射镜反射后照射在所述光阴极产生所述脉冲光电子，所述脉冲光电子通过所述加速系统加速到加速高压；优选地：所述激光引入窗口为镀增透膜的熔融石英玻璃，更优选地，所述熔融石英玻璃的厚度为5mm和/或直径为25mm，所述电子枪还具有加热功能，所述脉冲光电子脉冲宽度为100fs～10ps，单脉冲剂量为1～104电子数，能量为80keV～200keV，和/或所述加速高压为80kV、120kV、160kV或200kV。4.根据权利要求1至3中任一项所述的超快透射电子显微镜系统，其特征在于，所述样品室包括激光引入窗口和激光反射镜，其中：所述泵浦激光从所述激光系统通过所述激光引入窗口引入所述样品室，然后通过所述激光反射镜照射到所述样品上；优选地：所述样品室还包括液氮低温台、液氦低温台、高温加热台、单轴倾斜台和/或双轴倾斜台，和/或所述激光引入窗口为镀增透膜的熔融石英玻璃，更优...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建奇，孙帅帅，杨槐馨，田焕芳，曹高龙，李中文，李星元，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11