一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统，所述透射电镜系统包括：透射电子显微镜、激光引导系统以及样品承载器件，所述样品承载器件包括光纤和样品夹具，所述透射电子显微镜从第一方向聚焦至所述样品夹具上的样品，所述激光引导系统用于将激光从所述光纤的第一端引导进入所述光纤，并由所述光纤的第二端从第二方向对向所述样品。所述系统可以实现物质结构和性质的双重检测，具有重大的科研价值。并且本发明专利技术通过安装有光纤的样品杆将会聚光引入透射电镜，并具有对超快激光的脉宽压缩功能，大幅度减弱超快激光通过光纤后的脉宽展宽。

【技术实现步骤摘要】
一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统及方法
本专利技术涉及透射电子显微镜
，更具体地，涉及一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统。
技术介绍
探索材料原子结构、电子结构与其物理性质的对应关系是凝聚态物理研究的最重要任务之一，目前在实验技术上还是一个挑战。超快动力学过程反映微观物质结构的基本运动规律和材料本征特征，是自然科学研究中一直受到重视的方向，也孕育着重要的应用前景，如能量转换与电荷转移、传感器等。发展空间分辨的超快动力学表征技术，测量研究纳米体系激发态及其动力学过程的微观机理，对于开拓凝聚态物理研究新的研究方向和应用领域具有重要的意义。最近几年透射电子显微镜的发展将结构表征能力推进到了原子尺度，并可在原子尺度表征电子结构。同时，光谱学表征技术的发展，以及飞秒激光技术的出现和应用，使得探测超快的物理和化学过程，尤其是动态瞬时和中间过程成为可能。一些新学科，如飞秒动力学、飞秒光化学，也随之产生和发展起来。但商业的电镜仅仅具有结构表征能力，功能单一，无法与材料物性直接关联。另外，现有的电镜技术，在电镜样品观察前都要进行复杂的制样工作，如减薄、转移等操作，会对样品形貌甚至性质造成不可逆的改变。如果仅在制样前，在电镜之外先期表征样品的光谱学性质，然后以此结果去和制样后样品的电镜表征结构去对应，则难以得到准确的材料结构和物性在时间和空间的一一对应关系。
技术实现思路
本技术的目的在于解决目前透射电子显微镜技术无法同步测量材料光谱学性质和超快动力学过程的难题，进而将材料微观结构和性质直接建立联系，从而实现原位地研究材料微观结构和性质。针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种透射电镜系统，其既能够有效利用TEM对样品进行结构特性测量，又能够利用光学智能聚焦和脉宽压缩的光学系统进行光谱学性质和超快动力学研究。本专利技术利用迭代波前整形技术和双光子荧光特性，实现超快脉冲激光通过光纤后的智能会聚，从而通过安装有光纤的样品杆将会聚光引入透射电镜，并具有对超快激光的脉宽压缩功能，大幅度减弱超快激光通过光纤后的脉宽展宽。具体而言，本专利技术提供一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统，其特征在于，所述透射电镜系统包括：透射电子显微镜、激光引导系统以及样品承载器件，所述样品承载器件包括光纤和样品夹具，所述透射电子显微镜从第一方向聚焦至所述样品夹具上的样品，所述激光引导系统用于将激光从所述光纤的第一端引导进入所述光纤，所述光纤的第二端从第二方向对向所述样品。优选地，所述激光引导系统包括：偏振激光发生装置、空间光调制器、图像采集器件以及系统控制器，所述偏振激光发生装置用于获取偏振激光，所述样品可发射双光子荧光，所述偏振激光经所述空间光调制器后被聚焦至所述光纤的第一端，从所述光纤的第二端出射的激光对所述样品进行照射，所述图像采集器件采集所述样品发出的荧光信号，所述系统控制器基于所述荧光信号分区域调节所述空间光调制器的调制相位，以获得所述空间光调制器各区域所对应的最佳相位。优选地，所述偏振激光发生装置包括激光器、扩束准直器以及第一偏振分光器件，扩束准直器用于对所述激光器发出的激光进行准直扩束，所述第一偏振分光器件用于对准直扩束后的激光进行起偏。优选地，空间光调制器被划分成若干子区域，对于每个子区域，所述系统控制器控制所述空间光调制器的调制图案改变，并确定所述图像采集器件所采集到的荧光信号最大时，该子区域所对应的最佳调制图案。优选地，所述样品承载器件为样品杆，所述光纤穿过所述样品杆，所述样品杆包括：前端头和样品杆本体；其中，所述前端头为U形杆，U形杆所在平面与所述第一方向垂直，所述前端头的开口端与所述样品杆本体相接；所述前端头包括：用于将样品固定在U形杆内侧的样品固定件和用于调整所述光纤位置的光纤定位装置。优选地，还包括自相关光路部分和光路切换装置，所述切换装置设置于所述激光器的发光光路中，用于将激光引导至所述自相关光路部分。优选地，还包括若干聚焦透镜以及光路调整反射镜，所述聚焦透镜用于调整光束的准直或聚焦度，所述光路调整反射镜用于调整激光的方向。优选地，还包括第一显微物镜和第二显微物镜，所述第一显微物镜和所述第二显微物镜分别设置于所述样品杆和接收从样品杆的出射光，所述光纤包括多模光纤或光纤束，所述激光器包括飞秒超快激光器，其发出激光的波长为800nm。另一方面，本专利技术提供一种用于对物质进行光学和电子双重检测的方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：步骤1：生成p偏振的平行激光；步骤2：利用所述平行激光照射空间光调制器，将空间光调制器调制后的激光引入到光纤的第一端(输入端)；步骤3：利用从光纤的第二端(输出端)出射的激光对具有双光子荧光特性的样品进行照射；步骤4：利用图像采集装置采集样品发射的双光子荧光信号；其中，所述步骤2包括：将空间光调制器划分为若干子区域，基于所述荧光信号分区域调节所述空间光调制器的调制相位，以获得所述空间光调制器各区域所对应的最佳调制相位，从而实现光纤出射激光的会聚。另一方面本专利技术提供一种所述的透射电镜系统的应用，其特征在于，所述应用包括在调试好的所述透射电镜系统中的样品承载器件内放置目标样品，利用所述透射电子显微镜对所述目标样品进行照射，获取所述目标样品的结构图像，利用所述激光引导系统将激光从所述光纤的第一端引导进入所述光纤，将所述光纤的第二端出射的激光聚焦至所述目标样品，并收集所述目标样品发出的信号光。优选地，所述支撑架设置于所述前端头的所述第二端，用于支撑所述样品夹具；所述光纤、三维定位装置和电缆束均设置于所述前端头的所述外壳内，所述三维定位装置用于定位所述光纤，所述电缆束用于为所述三维定位装置提供传动所需的能量。优选地，还包括翻转反射镜，激光器发出的线偏振光经扩束准直器变为平行光，在不需要测量脉宽时，第一翻转反射镜和第二翻转反射镜位于光路中，这时激光经过第一翻转反射镜、第一反射镜和第二翻转反射镜的反射，然后通过偏振分光棱镜被分为p偏振和s偏振平行光，其中p偏振光经过第二反射镜和第三反射镜，直接照射到空间光调制器并被调制，被调制的光束经第一透镜和第二分光棱镜，通过第一显微物镜耦合到安装于样品杆的光纤，经光纤出射的光经第二显微物镜收集，然后经第二透镜和滤波片到达图像采集器件的靶面。优选地，在需要测量脉宽时，将第一翻转反射镜和第二翻转反射镜翻下，使其不再位于光路中；激光器发出的线偏振光经扩束准直器变为平行光之后，入射干涉自相关光路部分，然后经空间光调制器反射并调制，耦合到安装于样品杆的光纤，照射到第二显微物镜前、样品夹具处的双光子荧光样品上，然后经第二透镜和滤波片到达图像采集器件的靶面。当空间光调制器不加载任何信息图案时，可测得未迭代优化的激光脉宽；若加载前述得到的最优图案，则可测得经迭代优化的激光脉宽。有益效果：利用本专利技术的上述系统及方法可以实现材料微观结构和性质的同步研究。在上述系统中，首先可以进行电镜研究，实现电镜对材料微观结构的表征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统，其特征在于，所述透射电镜系统包括：透射电子显微镜、激光引导系统以及样品承载器件，所述样品承载器件包括光纤和样品夹具，所述透射电子显微镜从第一方向聚焦至所述样品夹具上的样品，所述激光引导系统用于将激光从所述光纤的第一端引导进入所述光纤，所述光纤的第二端从第二方向对向所述样品。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统，其特征在于，所述透射电镜系统包括：透射电子显微镜、激光引导系统以及样品承载器件，所述样品承载器件包括光纤和样品夹具，所述透射电子显微镜从第一方向聚焦至所述样品夹具上的样品，所述激光引导系统用于将激光从所述光纤的第一端引导进入所述光纤，所述光纤的第二端从第二方向对向所述样品。


2.根据权利要求1所述的透射电镜系统，其特征在于，所述激光引导系统包括：偏振激光发生装置、空间光调制器(10)、图像采集器件(18)以及系统控制器，所述偏振激光发生装置用于获取偏振激光，所述样品可发射双光子荧光，所述偏振激光经所述空间光调制器(10)后被聚焦至所述光纤的第一端，从所述光纤的第二端出射的激光对所述样品进行照射，所述图像采集器件(18)采集所述样品发出的荧光信号，所述系统控制器基于所述荧光信号分区域调节所述空间光调制器(10)的调制相位，以获得所述空间光调制器各区域所对应的最佳相位。


3.根据权利要求1所述的透射电镜系统，其特征在于，所述偏振激光发生装置包括激光器(1)、扩束准直器(2)以及第一偏振分光器件(7)，扩束准直器(2)用于对所述激光器(1)发出的激光进行准直扩束，所述第一偏振分光器件(7)用于对准直扩束后的激光进行起偏。


4.根据权利要求2所述的透射电镜系统，其特征在于，空间光调制器(10)被划分成若干子区域，对于每个子区域，所述系统控制器控制所述空间光调制器(10)的调制图案改变，并确定所述图像采集器件(18)所采集到的荧光信号最大时，该子区域所对应的最佳调制图案。


5.根据权利要求1所述的透射电镜系统，其特征在于，所述样品承载器件为样品杆(14)，所述光纤(21)穿过所述样品杆(14)，所述样品杆(14)包括：前端头和样品杆本体；其中，所述前端头为U形杆，U形杆所在平面与所述第一方向垂直，所述前端头的开口端与所述样品杆本体相接；所述前端头包括：用于将样品固定在U形杆内侧的样品固定件和用于调整所述光纤(21)位置的光纤定位装置。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，马超杰，刘开辉，王恩哥，白雪冬，
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