CN114113187B - 一种阴极荧光系统探头的机械对中装置及其对中方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阴极荧光系统探头的机械对中装置及其对中方法。本发明采用近似电子束光源的激光光源和一种可调整五维方向的对中装置，在非真空条件下完成阴极荧光系统探头内光纤的对中；并且能够同时得到量化结果，对阴极荧光探头的性能进行评估，并对后续探头性能改进提供实验平台；本发明在非真空条件下使用单一波长激光束，对其进行扩束、可调衰减和聚焦等操作，最终得到一个近似朗博发光场型的光源，此光源可近似为电子束与样品作用后的阴极荧光发光场型；独立出电子显微镜重新搭建平台，五维平台模拟阴极荧光探头与样品台的相对运动；本发明非真空条件下更容易手动调节和目测观察，不受真空条件下的狭小空间限制便于升级改进本身结构。

Description

一种阴极荧光系统探头的机械对中装置及其对中方法

技术领域

本发明涉及电子束激发阴极荧光技术，具体涉及一种阴极荧光系统探头的机械对中装置及其对中方法。

背景技术

电子束激发的阴极荧光(CL)信号，是指当电子束轰击在材料表面，除了二次电子、背散射电子、俄歇电子和X射线外，所发射出的频率在紫外、红外或可见光波段的电磁波；其基本原理为材料内部的电子被入射电子激发至高能态，经过一定的弛豫时间跃迁回低能态，并释放能量，其中一部分能量以电磁辐射形式发射出来。材料在电子束激发下产生荧光的物理过程由其电子结构决定，而电子结构同元素成分，晶格结构和缺陷，以及所处的力学、热学、电磁学环境等因素相关。因此，电子束激发的阴极荧光光谱能够通过材料电子结构反映材料本身物理特性。

电子束激发阴极荧光信号的探测和处理通常与扫描或透射电子显微镜相结合，能够实现形貌观察、结构和成分分析同电子束激发荧光光谱的结合研究。电子束激发荧光所用的电子束束斑非常小，能量高；相比于光致发光，电子束激发荧光信号具有空间分辨率高、激发能量高、光谱范围宽、激发深度大等特点，并能够实现全光谱或单光谱荧光扫描成像。电子束激发荧光信号可以应用于微米、纳米尺度的半导体量子点、量子线等荧光物质的发光性质的研究。

阴极荧光成像和光谱系统是获取该种阴极荧光信号的主要方法。针对该系统的探头部分，即捕获和收集电子束激发的阴极荧光信号的前置装置；该前置装置通常处于真空环境下，通过无损反射技术以最大效率收集高空间分辨率下的极其微小光信号，该阴极荧光单次信号的空间尺度由扫描电子显微镜的电子束尺度决定，通常在微纳米量级，该信号收集后存在焦点，同样在微纳米量级，并由专用光纤进行传递给后续设备进行处理，然而该专用光纤端面的尺度通常也很小，通常在1mm以下，并且荧光信号的焦点必须在光纤端面的中心位置。正是由于其尺度小，精度要求高的特点，如何使阴极荧光的焦点位置在光纤端面的中心是个很困难的事情，通常做法是利用扫描电子显微镜和阴极荧光成像和光谱系统联用来获知当前阴极荧光探头的焦点位于何种位置，包括以下方式：1、熟练使用扫描电子显微镜获取图像；2、熟练使用阴极荧光成像和光谱系统获取同一位置的阴极荧光图像；3、通过该阴极荧光图像确认该焦点位置是否在中心；4、熟练使用真空设备，获得阴极荧光探头；5、对探头中光纤端面进行微纳米量级的机械调节；6、将扫描电子显微镜和阴极荧光成像和光谱系统再次联用，获得前面2中的图像，如此反复直到确认该焦点位置在中心，其中需要频繁在真空环境下操作实验，并且无法肉眼直接观测该光斑是否在光纤的物理中心，操作起来极其麻烦并且极其耗时，通常需要几天才能完成。

发明内容

为了实现电子束激发的阴极荧光信号获取的简便和精确，本发明提出了一种阴极荧光系统探头的机械对中装置及其对中方法，通过改进光源形式、收集装置和微调系统，实现在非真空条件下进行实时同步的机械对中调节过程，并实现阴极荧光探头的光收集效率的测量。

本发明的一个目的在于提出一种阴极荧光系统探头的机械对中装置。

本发明的阴极荧光系统探头的机械对中装置包括：光源发生模块、光源微调系统、光源对中检测系统、光功率检测模块和光学平台；其中，光源微调系统和光源对中检测系统分别安装在光学平台上；光源发生模块面对光源对中检测系统安装在光源微调系统上；光功率检测模块连接在光源对中检测系统的出光口；

光源发生模块包括光源固定装置、激光光源头、激光光源储能装置和激光光源微调结构；其中，光源固定装置为竖直放置的平板；在光源固定装置面对光源对中检测系统的CL探头模型的表面安装激光光源微调结构，激光光源微调结构包括半球形壳体和微调机构，半球形壳体的底面位于光源固定装置面对光源对中检测系统的CL探头模型的表面，半球形壳体的顶点中心具有通光孔，通光孔朝向光源对中检测系统中的CL探头模型中心的光采集孔，在半球形壳体的底部设置有微调机构；激光光源头通过激光光源微调结构上的微调机构安装在光源固定装置面对光源对中检测系统的CL探头模型的表面，并使激光光源头的出射光穿过激光光源微调结构的半球形壳体顶点的通光孔，激光光源头与CL探头模型的中心所在的直线为光轴，平行于x轴；激光光源储能装置通过支架安装在光源固定装置与激光光源微调结构相对的另一表面，激光光源头通过导线连接至激光光源储能装置；

光源微调系统包括第一三维台、底面固定转接板、与光源发生模块转接板、透镜组合、透镜调节支架、物镜调节支架和物镜；其中，底面固定转接板固定安装在光学平台的一侧上，在底面固定转接板上沿光轴方向依次固定安装第一三维台、透镜调节支架和物镜调节支架；在第一三维台的上表面固定安装与光源发生模块转接板，在与光源发生模块转接板上固定安装光源发生模块的光源固定装置；在透镜调节支架上固定安装透镜组合；在物镜调节支架上固定安装物镜，物镜的轴向同透镜组合的轴向分别通过物镜调节支架和透镜调节支架进行调节，物镜与透镜组合的镜面同轴，并且通过调节第一三维台使得物镜与透镜组合的轴位于光轴上，从而光源发生模块的出射光束沿着物镜与透镜组合的轴；

光源对中检测系统包括五维平台、成像装置和底部固定架；其中，底部固定架固定安装在光学平台上与光源微调系统的底面固定转接板相对的另一侧上；五维平台安装在底部固定架靠近光源微调系统的一侧面上；成像装置固定安装在底部固定架的上表面；

成像装置包括CCD(电荷耦合器件)转接支架、CCD相机和CCD显示器；其中，CCD转接支架固定安装在底部固定架的上表面，CCD转接支架内具有圆筒状的安装孔，安装孔的轴平行于水平面，圆筒状的CCD相机水平插入CCD转接支架的安装孔内限制固定；CCD相机通过通信线连接至CCD显示器；

五维平台包括第二三维台、翻转底座支架、翻转底座限制冒、CL探头固定架、CL探头模型、第一旋转方向调节杆和第二旋转方向调节杆，其中，第二三维台固定安装在底部固定架靠近光源微调系统的一侧面上；第二三维台的一侧设置有自带的调节杆，翻转底座支架安装在第二三维台的上表面且与自带的调节杆相对的另一侧，翻转底座支架包括底部基板、柱状结构和凸起固定面板，底部基板位于水平面，底部基板的底面固定在第二三维台的上表面，底部基板的上表面设置有柱状结构，柱状结构的中心轴平行于z轴，在底部基板的两侧分别设置有竖直的凸起固定面板，每一个凸起固定面板上开设有内螺纹孔；CL探头固定架具有底部固定板、竖直固定板和侧面固定板，底部固定板位于水平面，竖直固定板垂直安装在底部固定板的一端，在竖直固定板的两侧分别设置与之垂直且垂直于水平面的侧面固定板，在底部固定板上开设有底部安装通孔，底部安装通孔的中心轴平行于z轴，竖直固定板上开设有竖直安装通孔，竖直安装通孔的中心轴平行于y轴，底部安装通孔与翻转底座支架上的柱状结构配合插入，使CL探头固定架能够围绕翻转底座支架的柱状结构旋转，旋转轴平行于z轴，实现第四维旋转；翻转底座限制冒固定安装在翻转底座支架的柱状结构的顶部，翻转底座限制冒的外径大于底部安装通孔的直径且位于CL探头固定架的底部固定板之上，防止CL探头固定架脱出；第一旋转方向调节杆安装在翻转底座支架两侧的凸起固定面板上，第一旋转方向调节杆的顶端分别抵在CL探头固定架的底部固定板的两侧，同时调节两个第一旋转方向调节杆能够精细调节CL探头模型以z轴为旋转轴的位于xy平面面内的旋转角度；CL探头模型为筒形结构，中心轴平行于y轴，面向光源发生模块一面侧壁的中心具有光采集孔，CL探头模型配合插入CL探头固定架的竖直安装通孔中，CL探头模型的光采集孔正对着光源发生模块的激光光源头，CL探头模型能够在CL探头固定架上的竖直安装通孔中做旋转，旋转轴平行于y轴，实现第五维旋转；第二旋转方向调节杆安装在CL探头固定架的侧面固定板上，第二旋转方向调节杆能够精细调节CL探头模型以y轴为旋转轴的位于xz平面面内的旋转角度；

光功率检测模块包括数显设备和检测探头；其中，检测探头固定安装在光源对中检测系统的CL探头模型后，CL探头模型后即为光源对中检测系统的出光口；数显设备包括显示器和转换器，转换器的一端通过数据线连接至检测探头，另一端通过数据线连接到显示器。

阴极荧光探头包括1/4椭球面镜和光纤，前端为1/4椭球面镜，在1/4椭球面镜的第二焦点处设置光纤，光纤沿第一焦点和第二焦点的轴向。

光源发生模块的激光光源微调结构的微调机构采用三个微调旋钮，均匀分布在激光光源微调结构的半球形壳体的底部，三个微调旋钮位于同一个平面内，互呈120°，三个微调旋钮的顶端指向激光光源头。

第一旋转方向调节杆具有外螺纹，通过螺旋安装在翻转底座支架两侧的凸起固定面板上；第二旋转方向调节杆具有外螺纹，通过侧面固定板上的内螺纹孔螺旋安装在CL探头固定架的侧面固定板上。

透镜组合为筒状结构。透镜组合包括第一至第三透镜，其中，第一透镜把发散的激光进一步发散，第二透镜对放大后的激光束进行聚焦变成平行光束完成扩束操作，第三透镜为可调衰减片调节光强到检测探头的量程范围内，最后经过物镜进行聚焦，过交叉斑后的发散光形成一个近似朗博发光场型的光源。检测探头采用功率计。

光源微调系统的底面固定转接板为三层台阶型结构，包括从下至上依次连接为一个整体的底部台阶、中部台阶和顶部台阶，底部台阶的底面固定安装在光学平台的一侧上，第一三维台固定安装在底部台阶上；透镜调节支架固定安装在底面固定转接板的中部台阶上，物镜调节支架固定安装在底面固定转接板的顶部台阶上。

本发明的另一个目的在于提出一种阴极荧光系统探头的机械对中装置的对中方法。

本发明的阴极荧光系统探头的机械对中装置的对中方法，包括以下步骤：

1)将阴极荧光探头固定在光源对中检测系统的CL探头模型中；

2)对光源发生模块通电，激光光源头发出激光；

3)通过激光光源微调结构的微调机构调节激光的方向，使得激光从光源微调结构的半球形壳体顶点的通光孔出射；

4)打开光源对中检测系统中的CCD相机和CCD显示器，通过光源对中检测系统中的五维平台将CL探头模型的光采集孔调节至CCD相机观测位置的正中心，调节CCD相机本身的物镜调节装置，聚焦到CL探头模型的光采集孔；

5)分别通过透镜调节支架和物镜调节支架，调节光源微调系统中的透镜组和物镜的轴向，以及调节第一三维台，使得激光光源头的出射光分别穿过透镜组合中的凸透镜镜面轴心和物镜中的透镜镜面轴心，透镜组的第一透镜把发散的激光进一步发散，第二透镜对放大后的激光束进行聚焦变成平行束完成扩束操作，第三透镜为可调衰减片调节光强到检测探头的量程范围内，最后经过物镜进行聚焦，过交叉斑后的发散光形成一个近似朗博发光场型的光源，进一步在CCD显示器中观察进行精细调节和确认，调节透镜调节支架和物镜调节支架直到激光光源头的光斑出现在CL探头模型的光采集孔的中心；

6)分别通过光源对中检测系统中的五维平台上的第一旋转方向调节杆和第二旋转方向调节杆，调节光源对中检测系统中的第四维和第五维，即阴极荧光探头的绕z轴和y轴的旋转，观察CL探头模型的光采集孔边缘的发光情况，使CL探头模型的光采集孔边缘发光的光圈成均匀圆环状，以此来保证激光垂直入射阴极荧光探头的1/4椭球面镜，通过五维平台模拟阴极荧光探头与电子显微镜的样品台的相对运动；

7)在阴极荧光探头的光纤前端处加装白色薄片(厚度0.1～1mm)，通过调节光源对中检测系统中的第二三维台的第三维垂直方向来调节白色薄片上激光汇聚情况，最终光源微调系统中的物镜端口位置位于阴极荧光探头的第一焦点处，判断标准为白色薄片上光源能够聚焦为一点；

8)改变光源微调系统中的物镜端口位置与阴极荧光探头的下端面距离时，要保证CCD显示器中光斑位于光采集孔的正中心，并且光采集孔的边缘发光成均匀圆环状，如果不满足需要重复步骤5)～7)；

9)调节阴极荧光探头本身的调节装置使光纤的端面轴中心点与聚焦的激光点重合，去掉阴极荧光探头的光纤前端处的白色薄片，激光将通过光纤打到光功率检测模块中的检测探头上，实现阴极荧光探头中会聚后的空间光点位置与光纤端面轴中心点重合，即光纤端面处于1/4椭球面镜的第二焦点处；

10)打开光功率检测模块中的数显设备的供电电源，检测探头采集光信号，通过数显设备显示出激光光源头经阴极荧光探头后的光功率和光强度信息。

本发明的优点：

本发明巧妙地设计了一种近似电子束光源的激光光源和一种可调整五维方向的对中装置，上述两种装置最大优点在于非真空条件下完成阴极荧光系统探头内光纤的对中；另一优点在于可同时得到量化结果，一方面可对阴极荧光探头的性能进行评估，另一方面可对后续探头性能改进提供实验平台。

电子显微镜的电子束光源必须在真空条件下才能激发，本发明的一种近似电子束光源的激光光源可在非真空条件下使用单一波长激光束，对其进行扩束，可调衰减，聚焦等操作，最终得到一个近似朗博发光场型的光源，此光源可近似为电子束与样品作用后的阴极荧光发光场型；该光源优点在于能量强便于能量调节，单一波长收集时的量化结果更准确。

一种可调整五维方向的对中装置实现了在非真空条件下的光源对中，其独立出电子显微镜重新搭建平台，该平台等同于阴极荧光探头在电子显微镜中的真空样品室环境，五维方向运动是模拟阴极荧光探头与样品台的相对运动；一方面在非真空条件下更容易手动调节和目测观察，另一方面在于可以不受真空条件下的狭小空间限制便于升级改进本身结构。

附图说明

图1为本发明的阴极荧光系统探头的机械对中装置的一个实施例的示意图，其中，(a)为正视图，(b)为俯视图；

图2为本发明的阴极荧光系统探头的机械对中装置的一个实施例的光源发生模块的俯视图；

图3为本发明的阴极荧光系统探头的机械对中装置的一个实施例的光源微调系统的正视图；

图4为本发明的阴极荧光系统探头的机械对中装置的一个实施例的光源对中检测系统的示意图，其中，(a)为整体结构示意图，(b)为细节结构示意图；

图5为本发明的阴极荧光系统探头的机械对中装置的一个实施例的光源对中检测系统的五维平台的示意图；

图6为本发明的阴极荧光系统探头的机械对中装置的一个实施例的光功率检测模块的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例的阴极荧光系统探头的机械对中装置包括：光源发生模块1、光源微调系统2、光源对中检测系统3、光功率检测模块4和光学平台5；其中，光源微调系统2和光源对中检测系统3分别安装在光学平台5上；光源发生模块1安装在光源微调系统2上；光功率检测模块4连接在光源对中检测系统3的出光口；

如图2所示，光源发生模块1包括光源固定装置11、激光光源头14、激光光源储能装置12和激光光源微调结构13；其中，光源固定装置11为竖直放置的平板；在光源固定装置11面对光源对中检测系统3的CL探头模型的表面安装激光光源微调结构13，激光光源微调结构13包括半球形壳体和微调螺丝，半球形壳体的底面位于光源固定装置11面对光源对中检测系统3的CL探头模型的表面，半球形壳体的顶点中心具有直径小于1mm通光孔，通光孔朝向光源对中检测系统3中的CL探头模型中心的光采集孔，在半球形壳体的底部均匀分布三个微调旋钮三个微调旋钮位于同一个平面内，互呈120°；激光光源头14通过激光光源微调结构13上的三个微调旋钮安装在光源固定装置11面对光源对中检测系统3的CL探头模型的表面，并使激光光源头14的出射光穿过激光光源微调结构13顶点的通光孔，激光光源头14与CL探头模型的中心所在的直线为光轴；激光光源储能装置12通过支架安装在光源固定装置11与激光光源微调结构13相对的另一表面，激光光源头14通过导线连接至激光光源储能装置12；

如图3所示，光源微调系统2包括第一三维台21、底面固定转接板22、与光源发生模块转接板2323、透镜组合24、透镜调节支架25、物镜调节支架26和物镜27；其中，底面固定转接板22为三层台阶型结构，包括从下至上依次连接为一个整体的底部台阶、中部台阶和顶部台阶，底部台阶的底面固定安装在光学平台5的一侧上，第一三维台21安装在底部台阶的上表面；与光源发生模块转接板23刚性固定安装在第一三维台21的上表面，光源发生模块1的光源固定装置11安装在与光源发生模块转接板23上；透镜调节支架25固定安装在底面固定转接板22的中部台阶上，在透镜调节支架25上固定安装透镜组合24，透镜组合24为筒状结构的双透镜；物镜调节支架26固定连接在底面固定转接板22的顶部台阶上，在物镜调节支架26上固定安装物镜27，物镜27的轴向同透镜组合24的轴向分别通过物镜调节支架26和透镜调节支架25进行调节，物镜27与同透镜组合24的镜面同轴，并且通过调节第一三维台21使得物镜27与同透镜组合24的轴位于光轴上，从而光源发生模块1的出射光束通过物镜27与透镜组合24的轴；

如图4所示，光源对中检测系统3包括五维平台31、成像装置32和底部固定架33；其中，底部固定架33刚性固定安装在光学平台5上与光源微调系统2的底面固定转接板22相对的另一侧上；五维平台31安装在底部固定架33靠近光源微调系统2的一侧面上；成像装置32刚性连接在底部固定架33的上表面；

成像装置32包括CCD转接支架321、CCD相机322和CCD显示器323；其中，CCD转接支架321固定安装在底部固定架33的上表面，CCD转接支架321内具有圆筒状的安装孔，安装孔的轴平行于水平面，圆筒状的CCD相机322水平插入CCD转接支架321的安装孔内限制固定；CCD显示器323通过通信线连接至CCD相机322；

如图5所示，五维平台31包括第二三维台311、翻转底座支架312、翻转底座限制冒313、CL探头固定架314、CL探头模型315、第一旋转方向调节杆316和第二旋转方向调节杆317，其中，第二三维台311固定安装在底部固定架33靠近光源微调系统2的一侧面上；第二三维台311的一侧设置有自带的调节杆，翻转底座支架312安装在第二三维台311的上表面且与自带的调节杆相对的另一侧，翻转底座支架312包括底部基板、柱状结构和凸起固定面板，底部基板位于水平面，底部基板的底面固定在第二三维台311的上表面，底部基板的上表面设置有柱状结构，柱状结构的中心轴平行于z轴，在底部基板的两侧分别设置有竖直的凸起固定面板，每一个凸起固定面板上开设有内螺纹孔，底部基板上位于柱状结构的四周均匀分布有四个配合孔，通过螺丝将底部基板固定安装在第二三维台311的上表面的四个螺丝孔中；CL探头固定架314具有底部固定板、竖直固定板和侧面固定板，底部固定板位于水平面，竖直固定板垂直安装在底部固定板的一端，在竖直固定板的两侧分别设置与之垂直且垂直于水平面的侧面固定板，在底部固定板上开设有直径为20mm的底部安装通孔，竖直固定板上开设有竖直安装通孔，竖直安装通孔的中心轴平行于y轴，底部安装通孔与翻转底座支架312上的柱状结构配合插入，使CL探头固定架314能够围绕翻转底座支架312的柱状结构旋转，旋转轴平行于z轴，实现第四维旋转；翻转底座限制冒313固定安装在翻转底座支架312的柱状结构的顶部，翻转底座限制冒313的外径大于底部安装通孔的直径且位于CL探头固定架314的底部固定板之上，防止CL探头固定架314脱出；第一旋转方向调节杆316具有外螺纹，通过螺旋安装在翻转底座支架312两侧的凸起固定面板上，第一旋转方向调节杆316的顶端分别抵在CL探头固定架314的底部固定板的两侧，同时调节两个第一旋转方向调节杆316能够精细调节CL探头模型315以z轴为旋转轴的位于xy平面面内的旋转角度；CL探头模型315为筒形结构，中心轴平行于y轴，面向光源发生模块1一面侧壁的中心具有直径为50μm的光采集孔，CL探头模型315配合插入CL探头固定架314的竖直安装通孔中，CL探头模型315正对着光源发生模块1的激光光源头14，CL探头模型315能够在CL探头固定架314上的竖直安装通孔中做旋转，旋转轴平行于y轴，实现第五维旋转；第二旋转方向调节杆317具有外螺纹，通过侧面固定板上的内螺纹孔螺旋安装在CL探头固定架314的侧面固定板上，第二旋转方向调节杆317能够精细调节CL探头模型315以y轴为旋转轴的位于xz平面面内的旋转角度；图5中，左侧为爆炸图，右侧为组合后的示意图；

如图6所示，光功率检测模块4包括数显设备41和检测探头42；其中，检测探头42固定安装在光源对中检测系统3的CL探头模型315后；数显设备41包括显示器和转换器，转换器的一端通过数据线连接到检测探头42，另一端通过数据线连接到显示器。

阴极荧光探头包括1/4椭球面镜和光纤，前端为1/4椭球面镜，在1/4椭球面镜的第二焦点处设置光纤，光纤沿第一焦点和第二焦点的轴向。

本实施例的阴极荧光系统探头的机械对中装置的对中方法，包括以下步骤：

1)将阴极荧光探头固定在光源对中检测系统3的CL探头模型315中；

2)对光源发生模块1通电，激光光源头14发出630nm的红光；

3)通过激光光源微调结构13的三个微调螺丝调节激光的方向，使得激光从光源微调结构的半球形壳体顶点的通光孔出射；

4)打开光源对中检测系统3中的CCD相机322和CCD显示器323，通过光源对中检测系统3中的五维平台31将CL探头模型315的光采集孔调节至CCD相机322观测位置的正中心附近，调节CCD相机322本身的物镜27调节装置，聚焦到CL探头模型315的光采集孔；

5)分别通过透镜调节支架25和物镜调节支架26，调节光源微调系统2中的透镜组和物镜27的轴向，以及调节第一三维台21，使得激光光源头14的出射光分别穿过透镜组中的凸透镜镜面轴心和物镜27中的透镜镜面轴心，进一步在CCD显示器323中观察进行精细调节和确认，直到激光光源头14的光斑出现在CL探头模型315的光采集孔的中心；

6)分别通过光源对中检测系统3中的五维平台31上的第一旋转方向调节杆316和第二旋转方向调节杆317，调节光源对中检测系统3中的第四维和第五维，即阴极荧光探头的绕z轴和y轴的旋转，观察CL探头模型315的光采集孔边缘的发光情况，使CL探头模型315的光采集孔边缘发光的光圈成均匀圆环状，以此来保证激光垂直入射阴极荧光探头的椭球面；

7)阴极荧光探头的光纤前端处加装白色薄片(厚度1mm)，通过调节光源对中检测系统3中的第二三维台311的第三维垂直方向来调节白色薄片上激光汇聚情况，最终光源微调系统2中的物镜27端口位置与阴极荧光探头的下端面距离约在0.5mm即位于阴极荧光探头的第一焦点处，判断标准为白色薄片上光源能够聚焦为一点；

8)改变光源微调系统2中的物镜27端口位置与阴极荧光探头的下端面距离时，要保证CCD显示器323中光斑位于光采集孔的正中心，并且光采集孔的边缘发光成均匀圆环状，如果不满足需要重复步骤5)～7)；

9)调节阴极荧光探头本身的调节装置使筒形光纤的端面轴中心点与聚焦的激光点重合，去掉阴极荧光探头的光纤前端处的白色薄片，光将通过光纤打到光功率检测模块4中的检测探头42上，实现阴极荧光探头中会聚后的空间光点位置与光纤端面轴中心点重合，即光纤端面处于第二焦点处；

10)打开光功率检测模块4中的数显设备41的供电电源，检测探头42采集光信号，通过数显设备41显示出激光光源头经阴极荧光探头后的光功率和光强度信息。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述阴极荧光系统探头的机械对中装置包括：光源发生模块、光源微调系统、光源对中检测系统、光功率检测模块和光学平台；其中，光源微调系统和光源对中检测系统分别安装在光学平台上；光源发生模块面对光源对中检测系统安装在光源微调系统上；光功率检测模块连接在光源对中检测系统的出光口；

光源发生模块包括光源固定装置、激光光源头、激光光源储能装置和激光光源微调结构；其中，光源固定装置为竖直放置的平板；在光源固定装置面对光源对中检测系统的CL探头模型的表面安装激光光源微调结构，激光光源微调结构包括半球形壳体和微调机构，半球形壳体的底面位于光源固定装置面对光源对中检测系统的CL探头模型的表面，半球形壳体的顶点中心具有通光孔，通光孔朝向光源对中检测系统中的CL探头模型中心的光采集孔，在半球形壳体的底部设置有微调机构；激光光源头通过激光光源微调结构上的微调机构安装在光源固定装置面对光源对中检测系统的CL探头模型的表面，并使激光光源头的出射光穿过激光光源微调结构的半球形壳体顶点的通光孔，激光光源头与CL探头模型的中心所在的直线为光轴，平行于x轴；激光光源储能装置通过支架安装在光源固定装置与激光光源微调结构相对的另一表面，激光光源头通过导线连接至激光光源储能装置；

光源微调系统包括第一三维台、底面固定转接板、与光源发生模块转接板、透镜组合、透镜调节支架、物镜调节支架和物镜；其中，底面固定转接板固定安装在光学平台的一侧上，在底面固定转接板上沿光轴方向依次固定安装第一三维台、透镜调节支架和物镜调节支架；在第一三维台的上表面固定安装与光源发生模块转接板，在与光源发生模块转接板上固定安装光源发生模块的光源固定装置；在透镜调节支架上固定安装透镜组合；在物镜调节支架上固定安装物镜，物镜的轴向同透镜组合的轴向分别通过物镜调节支架和透镜调节支架进行调节，物镜与透镜组合的镜面同轴，并且通过调节第一三维台使得物镜与透镜组合的轴位于光轴上，从而光源发生模块的出射光束沿着物镜与透镜组合的轴；

光源对中检测系统包括五维平台、成像装置和底部固定架；其中，底部固定架固定安装在光学平台上与光源微调系统的底面固定转接板相对的另一侧上；五维平台安装在底部固定架靠近光源微调系统的一侧面上；成像装置固定安装在底部固定架的上表面；

成像装置包括CCD转接支架、CCD相机和CCD显示器；其中，CCD转接支架固定安装在底部固定架的上表面，CCD转接支架内具有圆筒状的安装孔，安装孔的轴平行于水平面，圆筒状的CCD相机水平插入CCD转接支架的安装孔内限制固定；CCD相机通过通信线连接至CCD显示器；

五维平台包括第二三维台、翻转底座支架、翻转底座限制冒、CL探头固定架、CL探头模型、第一旋转方向调节杆和第二旋转方向调节杆，其中，第二三维台固定安装在底部固定架靠近光源微调系统的一侧面上；第二三维台的一侧设置有自带的调节杆，翻转底座支架安装在第二三维台的上表面且与自带的调节杆相对的另一侧，翻转底座支架包括底部基板、柱状结构和凸起固定面板，底部基板位于水平面，底部基板的底面固定在第二三维台的上表面，底部基板的上表面设置有柱状结构，柱状结构的中心轴平行于z轴，在底部基板的两侧分别设置有竖直的凸起固定面板，每一个凸起固定面板上开设有内螺纹孔；CL探头固定架具有底部固定板、竖直固定板和侧面固定板，底部固定板位于水平面，竖直固定板垂直安装在底部固定板的一端，在竖直固定板的两侧分别设置与之垂直且垂直于水平面的侧面固定板，在底部固定板上开设有底部安装通孔，底部安装通孔的中心轴平行于z轴，竖直固定板上开设有竖直安装通孔，竖直安装通孔的中心轴平行于y轴，底部安装通孔与翻转底座支架上的柱状结构配合插入，使CL探头固定架能够围绕翻转底座支架的柱状结构旋转，旋转轴平行于z轴，实现第四维旋转；翻转底座限制冒固定安装在翻转底座支架的柱状结构的顶部，翻转底座限制冒的外径大于底部安装通孔的直径且位于CL探头固定架的底部固定板之上，防止CL探头固定架脱出；第一旋转方向调节杆安装在翻转底座支架两侧的凸起固定面板上，第一旋转方向调节杆的顶端分别抵在CL探头固定架的底部固定板的两侧，同时调节两个第一旋转方向调节杆能够精细调节CL探头模型以z轴为旋转轴的位于xy平面面内的旋转角度；CL探头模型为筒形结构，中心轴平行于y轴，面向光源发生模块一面侧壁的中心具有光采集孔，CL探头模型配合插入CL探头固定架的竖直安装通孔中，CL探头模型的光采集孔正对着光源发生模块的激光光源头，CL探头模型能够在CL探头固定架上的竖直安装通孔中做旋转，旋转轴平行于y轴，实现第五维旋转；第二旋转方向调节杆安装在CL探头固定架的侧面固定板上，第二旋转方向调节杆能够精细调节CL探头模型以y轴为旋转轴的位于xz平面面内的旋转角度；

光功率检测模块包括数显设备和检测探头；其中，检测探头固定安装在光源对中检测系统的CL探头模型后，CL探头模型后即为光源对中检测系统的出光口；数显设备包括显示器和转换器，转换器的一端通过数据线连接至检测探头，另一端通过数据线连接到显示器。

2.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述光源发生模块的激光光源微调结构的微调机构采用三个微调旋钮，均匀分布在激光光源微调结构的半球形壳体的底部，三个微调旋钮位于同一个平面内，互呈120°，三个微调旋钮的顶端指向激光光源头。

3.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述第一旋转方向调节杆具有外螺纹，通过螺旋安装在翻转底座支架两侧的凸起固定面板上。

4.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述第二旋转方向调节杆具有外螺纹，通过侧面固定板上的内螺纹孔螺旋安装在CL探头固定架的侧面固定板上。

5.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述透镜组合包括第一至第三透镜，其中，第一透镜把发散的激光进一步发散，第二透镜对放大后的激光束进行聚焦变成平行光束完成扩束操作，第三透镜为可调衰减片调节光强到检测探头的量程范围内，最后经过物镜进行聚焦。

6.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述检测探头采用功率计。

7.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述光源微调系统的底面固定转接板为三层台阶型结构，包括从下至上依次连接为一个整体的底部台阶、中部台阶和顶部台阶，底部台阶的底面固定安装在光学平台的一侧上，第一三维台固定安装在底部台阶上；透镜调节支架固定安装在底面固定转接板的中部台阶上，物镜调节支架固定安装在底面固定转接板的顶部台阶上。

8.一种如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置的对中方法，其特征在于，所述对中方法包括以下步骤：

1)将阴极荧光探头固定在光源对中检测系统的CL探头模型中；

2)对光源发生模块通电，激光光源头发出激光；

3)通过激光光源微调结构的微调机构调节激光的方向，使得激光从光源微调结构的半球形壳体顶点的通光孔出射；

4)打开光源对中检测系统中的CCD相机和CCD显示器，通过光源对中检测系统中的五维平台将CL探头模型的光采集孔调节至CCD相机观测位置的正中心，调节CCD相机本身的物镜调节装置，聚焦到CL探头模型的光采集孔；

5)分别通过透镜调节支架和物镜调节支架，调节光源微调系统中的透镜组和物镜的轴向，以及调节第一三维台，使得激光光源头的出射光分别穿过透镜组合中的凸透镜镜面轴心和物镜中的透镜镜面轴心，透镜组的第一透镜把发散的激光进一步发散，第二透镜对放大后的激光束进行聚焦变成平行束完成扩束操作，第三透镜为可调衰减片调节光强到检测探头的量程范围内，最后经过物镜进行聚焦，进一步在CCD显示器中观察进行精细调节和确认，调节透镜调节支架和物镜调节支架直到激光光源头的光斑出现在CL探头模型的光采集孔的中心；

6)分别通过光源对中检测系统中的五维平台上的第一旋转方向调节杆和第二旋转方向调节杆，调节光源对中检测系统中的第四维和第五维，即阴极荧光探头的绕z轴和y轴的旋转，观察CL探头模型的光采集孔边缘的发光情况，使CL探头模型的光采集孔边缘发光的光圈成均匀圆环状，以此来保证激光垂直入射阴极荧光探头的1/4椭球面镜，通过五维平台模拟阴极荧光探头与电子显微镜的样品台的相对运动；

7)在阴极荧光探头的光纤前端处加装白色薄片，通过调节光源对中检测系统中的第二三维台的第三维垂直方向来调节白色薄片上激光汇聚情况，最终光源微调系统中的物镜端口位置位于阴极荧光探头的第一焦点处，判断标准为白色薄片上光源能够聚焦为一点；

8)改变光源微调系统中的物镜端口位置与阴极荧光探头的下端面距离时，要保证CCD显示器中光斑位于光采集孔的正中心，并且光采集孔的边缘发光成均匀圆环状，如果不满足需要重复步骤5)～7)；

9)调节阴极荧光探头本身的调节装置使光纤的端面轴中心点与聚焦的激光点重合，去掉阴极荧光探头的光纤前端处的白色薄片，激光将通过光纤打到光功率检测模块中的检测探头上，实现阴极荧光探头中会聚后的空间光点位置与光纤端面轴中心点重合，即光纤端面处于1/4椭球面镜的第二焦点处；

10)打开光功率检测模块中的数显设备的供电电源，检测探头采集光信号，通过数显设备显示出激光光源头经阴极荧光探头后的光功率和光强度信息。