用于超高真空与低温系统内部的局部照明装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于超高真空与低温系统内部的局部照明装置。该装置包括在超高真空与低温装置腔体的内部设置一个冷光源，其包含一表面镀铝的铜块底电极（１）、底电极上的一侧用银胶粘附有ＬＥＤ芯片（２）、底电极上相对ＬＥＤ芯片的另一侧粘附铜片顶电极（３），顶电极（３）和底电极之间用云母片（４）电绝缘，每个ＬＥＤ芯片的顶电极（５）通过细导线与顶电极（３）进行电连接；将冷光源的底电极与腔体内的金属体进行良好接触，并与外加电源共地，冷光源的顶电极用导线引出，并通过电极馈送孔与腔体外的电源电连接。该装置可用在ＳＴＭ或ＡＦＭ等超高真空与低温系统内的局部照明，并通过调节外部电源可以方便地将光源调到合适的亮度，使ＣＣＤ得到最佳的成像效果。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及照明技术，具体地说是涉及一种用于极端条件下， 即超高真空与低温系统内部的局部照明装置。
技术介绍
超高真空和低温系统在表面物理领域得到广泛的应用，如超高真空低温STM/AFM、超高真空低温探针台等。为了观察真空腔内部的情况，空 腔上通常会安装一个或多个观察窗口。观察时把一强光(如汞灯)透过 其中一个观察窗口照入真空腔内，然后用肉眼或CCD通过合适的窗口进 行观察。由于真空腔内大量的金属表面会反光，所以往往找不到合适的 视角进行清楚地观察或成像。而且，在低温系统中，为了减少外界的热 辐射以提高致冷效果，腔上的窗口玻璃会采用特殊的多层防热辐射玻璃， 并且会尽量少地安装观察窗口的数量，通常情况下只安装一个这样的观 察窗。但是，从同一个观察窗在外部同时照明和观察时，窗口大量的反 射光使得CCD难以聚焦，导致成像性能很差。为了解决这个问题，有的 系统使用光纤通过一个光纤馈送孔(feed through)把光引入到腔内， 照亮观察处，然后沿着合适的光路通过腔上的观察窗进行观察。可是， 一方面，超高真空的光纤馈送孔极其昂贵；另一方面，在内部机械结构 复杂以及空间极为局限的装置中，这种光纤导光的方法会给机械结构的 设计带来过多的考虑，有时甚至难以实现。事实上，在大部分情况下我 们需要观察的仅仅是腔内很小的一个部分或几个部分，如在STM中观察 得最多的只是样品和针尖部分，因此局部照明就可以满足局部观察和成 像的要求。
技术实现思路
为了克服上述超高真空和低温系统中由于极端条件的使用而引起 CCD难以聚焦，成像性能很差以及现有的光纤导光结构成本高、难以实现 的弊端，本技术提供了一种容易聚焦、成像性能良好、且成本低廉 的超高真空和低温系统用照明装置。为了实现上述的目的，本技术采用了如下的技术方案本技术提供的超高真空和低温系统用的照明装置，包括在超高 真空与低温装置腔体的内部设置一个电驱动的固态材料冷光源，光源的 电极通过真空腔上的电极馈送引到腔体外，与驱动电源连接。具体来说，本技术提供的超高真空和低温系统用的照明装置， 包括在超高真空与低温装置腔体的内部设置一个冷光源，所述冷光源包 含一表面镀铝的铜块底电极1、底电极上的一側用银胶粘附有一个或多 个、优选6个LED芯片2、底电极上相对LED芯片的另一侧粘附一个相应 大小的铜片顶电极3，顶电极3和底电极之间用云母片4电绝缘，每个 LED芯片的顶电极5通过细导线与顶电极3进行相应的电连接；将所述冷 光源的底电极与腔体内的金属体良好接触，并与外加电源共地，所述冷 光源的顶电极用导线引出，并通过设置在所述腔体上的电极馈送孔与腔 体外的外加电源电连接。上述的超高真空和低温系统用的照明装置中，将所述冷光源设置在 真空腔体内部观测样品的位置附近。并且，所述冷光源的底电极可通过 银胶粘接或机械固定或可插拔电极的方式与腔体内的金属体进行连接。上述的装置中，所述LED芯片包括各种波长的LED芯片或低功率的 半导体激光器芯片；所述的冷光源不会放气破坏超高真空，也不会发热 影响低温；所述的光源用于照明或光激发；所述的超高真空和低温系统 为STM或AFM系统或超高真空样品台。上述的装置中，所述的LED芯片的类型可通过采用的CCD对光谱的 敏感度加以选择；使用对红光敏感的CCD时，所述的LED芯片为GaAs的 LED芯片；所述的细导线为直径小于0. l隨的金线或其他金属导线；优选 0. 033mm的金线;所述的底电极大小优选长12-8mm、宽3-5mm、高l-3mm。其中，所用的外加电源为低压电源，并且可以是恒压源，也可以是 恒流源。本技术的优点在于，通过在超高真空和低温系统内部直接安装 一个用LED芯片做成的冷光源，可直接地、并能更好地在超高真空和极 低温环境下进行照明。本专利技术采用的LED芯片没有用环氧树脂封装，在 真空中不会放气，因此不会影响真空。此外，LED发出的光单色性好，光 镨窄，可见光波段的LED不会发出红外线和紫外线，因此避免了热辐射。 同时，LED电光转换率接近100°/。，工作时放热极少，所以不会破坏极低温的环境。将这样的冷光源安装在需要观察部位的附近，冷光源的一端 直接作为地接在腔内的金属体上，另 一端用细导线通过一个电极馈送孔 引到腔外，接到一个低压电源上。通过调节外部电源就可以方便地将光源调到合适的亮度，使CCD得到最佳的成像效果。附图说明图1为本技术的冷光源的结构示意图。其中，1、底电极；2、 LED芯片；3、顶电极；4、云母片；5、 LED 芯片的顶电极。图2为本技术的照明装置的电路连接示意图。具体实施方式以下就本技术的实施例，配合附图作进一步地说明，以便对本 技术有更详细地的了解。以下所述仅为用以解释本技术的优选 实施例，并非据以对本技术做任何形式上的限制，故凡是以本实用 新型的创作精神为基础所作的任何形式修饰或变先皆应属于本实用新 型的范畴。实施例通常，市售的LED由LED芯片、金属电极和光学系统这三部分组成。 一方面，球面形的环氣树脂封装芯片和电极，起保护芯片和固定电极的 作用，另一方面还作为凸透镜，起会聚光线的功能。在LED的PN结两端 加正向偏压后，电子和空穴分别注入P区和N区，非平衡的少数载流子与多数栽流子复合，产生光子对外发光。这种电致发光的电光功率转化 接近100%,几乎没有热量损耗，因此是一种冷光源。而所发光的波长只 和PN结发生电子空穴复合一側材料的禁带宽度相关，具有很好的单色性 (如GaAsLED对应的光谦为590nm)，没有紫外线和红外线，所以也没有 热辐射。但是，由于LED封装用的环氣树脂饱和蒸气压以及熔点(—245 °C)都较低，在超高真空会放气，因此这种普通的市售LED无法在超高 真空中使用。而LED芯片(如GaAs)本身却不会在UHV中放气，为此， 我们采用封装前的LED芯片来制作这种和超高真空及低温相适应的冷光 源。本技术的一个典型的LED冷光源的结构示意图如图1所示。其 中，将6个LED芯片2用银胶粘在一个表面镀铝的铜块，即底电极l上，该底电极l的大小为9mmx4mmx2咖。该底电极表面的铝膜具有^艮高的反射 率，M射光的作用。底电极1上，相对芯片的一側粘附有一个相应大 小的铜片作为顶电极3，顶电极(铜片)和底电极(铜块)之间用云母薄 片4隔开，使得两个电极相互绝氛用超声压焊把直径为0.033mm的金 线从LED芯片的顶电极5连接到小铜片上。每个LED芯片的大小只有 0. 066咖2，所以整个制作过程都在在显微镜下完成。将冷光源在腔体内安装时，可在所需照明位置的附近设计可插拔电 极，以方便维护和更换。但由于LED的平均寿命长达10万小时，很少需 要维修和更换，所以也可以采用较为简单的方法是用银胶把铜块粘在真 空腔内需要照明位置的附近，或者也可以用机械的方法加以固定。将铜 块和腔体内的金属体保持良好的接触，并与外加电源共地。冷光源的顶 电极用一根表面绝缘的导线引出，通过一个电极馈送孔与真空腔外部的 低压电源相连。外部的电源可以是恒流源或恒压源，其连接电路图如图2 所示。其中，单个LED的功率是O. 03—0.06瓦，工作时电压在1. 5一1 5V， 相应的电流是15—本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高真空和低温系统用的照明装置，其特征在于，在超高真空与低温装置腔体的内部设置一个电驱动的固态材料冷光源，光源的电极通过真空腔上的电极馈送引到腔体外，与驱动电源连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王振中，赵宏武，陈东敏，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]