CN117990729A - 一种光路调节装置、方法、及样品试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光路调节装置、方法、及样品试验系统，包括聚光组件，所述聚光组件包括波带片；还包括支撑底座、级敷筛选孔部件、波带片位移调节组件、以及级敷筛选孔位移调节组件，所述波带片设置在波带片位移调节组件上，所述级敷筛选孔部件设置在级敷筛选孔位移调节组件上，所述波带片位移调节组件设置在支撑底座上，用于调节波带片的位置；所述级敷筛选孔位移调节组件设置在支撑底座上，用于调节级敷筛选孔部件的位置；光路途经波带片、级敷筛选孔部件聚焦形成光斑定位在样品上。本发明设置有波带片及级敷筛选孔，光路经过波带片及级敷筛选孔后，可以得到小的聚焦光斑，聚焦光斑定位在样品上，进行光电转换，实现优于200nm的最高空间分辨率。

Description

一种光路调节装置、方法、及样品试验系统

技术领域

本发明涉及角分辨光电子能谱设备技术领域，特别是涉及一种光路调节装置、方法、及样品试验系统。

背景技术

角分辨光电子能谱(简称ARPES)是利用光电效应研究固体的电子结构。主要分为分辨光电子能谱和空间角分辨光电子能谱，其中空间角分辨光电子能谱的分辨率已经到纳米级和微米级，分别为纳米角分辨光电子能谱(简称nano-ARPES)和微米角分辨光电子能谱(简称μ-ARPES)，采用上述设备这两种角分辨光电子能谱可以将聚焦的光斑精准的定位到样品上，并获得1μm及以下的空间分辨率。上述设备可以研究众多常规角分辨光电子能谱所不能研究的样品和相应的物理问题。目前已有的很多一代纳米角分辨光电子能谱数据结果已经证实了许多关于层状堆叠石墨烯小样品中预言的平带的存在，魔角附近双层石墨烯中的能带结构以及双层石墨烯和WS2超晶格中的微带(minibands)等。

在上述诸多情形中，高空间分辨率的要求在研究电子结构的实验中日益迫切。现有技术中一种具有高空间分辨率的ARPES技术，可以通过紫外光光斑聚焦到纳米尺度，然后使样品的电子激发，从而研究样品的电子结构。对于目前的第三代、第四代同步辐射光源，通过光学衍射元件等即可实现光斑的聚焦，但是聚焦的光斑较大、得到的光斑分辨率较低。因此需要设计一种系统实现对辐射光源光斑的定位聚焦，得到分辨率较高的光斑，照射到样品上，用于研究样品的特性以及相应的物理问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光路调节装置、方法、及样品试验系统，用于解决现有技术中采用光学衍射元件实现光斑聚焦的时候，光斑较大、分辨率不高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光路调节装置，包括聚光组件，所述聚光组件包括波带片；还包括支撑底座、级敷筛选孔部件、波带片位移调节组件、以及级敷筛选孔位移调节组件，所述波带片设置在波带片位移调节组件上，所述级敷筛选孔部件设置在级敷筛选孔位移调节组件上，所述波带片位移调节组件设置在支撑底座上，用于调节波带片的位置；所述级敷筛选孔位移调节组件设置在支撑底座上，用于调节级敷筛选孔部件的位置；光路途经波带片、级敷筛选孔部件聚焦形成光斑定位在样品上。

优选的，所述波带片位移调节组件包括第一横向驱动组件、第一纵向驱动组件、以及第一竖向驱动组件，所述第一纵向驱动组件设置在第一横向驱动组件上，所述第一竖向驱动组件设置在第一纵向驱动组件上，所述波带片设置在第一竖向驱动组件上。

优选的，所述第一竖向驱动组件和第一纵向驱动组件之间还设置有第一转接板，所述第一转接板用于连接第一竖向驱动组件和第一纵向驱动组件。

优选的，所述级敷筛选孔位移调节组件包括第二横向驱动组件、第二纵向驱动组件、以及第二竖向驱动组件，所述第二纵向驱动组件设置在第二横向驱动组件上，所述第二竖向驱动组件设置在第二纵向驱动组件上，所述级敷筛选孔部件设置在第二竖向驱动组件上。

优选的，所述第二竖向驱动组件和第二纵向驱动组件之间还设置有第二转接板，所述第二转接板用于连接第二竖向驱动组件和第二纵向驱动组件。

优选的，所述光路调节装置还包括波带片夹载组件，所述波带片夹载组件设置在波带片位移调节组件上，用于夹持波带片；所述波带片夹载组件包括波带片夹载背板、波带片容置槽、以及波带片夹片，所述波带片容置槽固定在波带片夹载背板上，所述波带片夹载背板固定在波带片位移调节组件上，所述波带片通过波带片夹片设置在波带片容置槽中。

优选的，所述聚光组件还包括中心光阑，所述中心光阑设置在波带片远离波带片容置槽的一侧、且通过波带片夹片进行固定；所述波带片夹载背板上还设置有通孔，光路依次通过所述通孔、波带片、中心光阑、级敷筛选孔部件聚焦形成光斑定位在样品上。

优选的，所述光路调节装置还包括级敷筛选孔夹持组件，所述级敷筛选孔夹持组件设置在级敷筛选孔位移调节组件上，用于夹持级敷筛选孔部件；所述级敷筛选孔夹持组件包括级敷筛选孔夹载背板、以及级敷筛选孔容置槽，所述级敷筛选孔容置槽设置在级敷筛选孔夹载背板上，所述级敷筛选孔部件设置在级敷筛选孔容置槽中。

为实现上述目的或其他目的，本发明还涉及一种光路调节方法，采用所述的光路调节装置，步骤如下：

S1：将波带片安装在波带片位移调节组件上，将级敷筛选孔部件安装在级敷筛选孔位移调节组件上；

S2：通过波带片位移调节组件调节波带片的位置，通过级敷筛选孔位移调节组件调节级敷筛选孔部件的位置；

S3：光路依次通过波带片、级敷筛选孔部件聚焦形成光斑定位在样品上。

为实现上述目的或其他目的，本发明还涉及一种样品试验系统，包括所述的光路调节装置，还包括样品位置调节组件，所述样品位置调节组件用于放置样品并调节样品的位置。

如上所述，本发明的光路调节装置、方法、及样品试验系统，具有以下有益效果：

本发明涉及的光路调节装置、方法、及样品试验系统，设置有波带片及级敷筛选孔，光路经过波带片及级敷筛选孔后，可以得到尽可能小的聚焦光斑，聚焦光斑定位在样品上，进行光电转换，从而能够实现优于200nm的最高空间分辨率。设置有波带片位移调节组件、以及级敷筛选孔位移调节组件，使波带片、级敷筛选孔具有三个自由度方向上的位置调节，并通过程序控制实现三个自由度方向上的超高精度运动，实现对光路的调节，实现基于同步辐射光源的相干光的聚焦，同时保证级敷筛选孔足够靠近样品，并且使经过波带片后的一级聚焦光的焦点处于样品附近，达到最小光斑的要求。波带片以及中心光阑对光路进行聚焦以及强光遮挡，级敷筛选孔对除一阶聚焦光之外的聚焦光进行遮挡，确保只有一阶聚焦光到达样品。

附图说明

图1为本发明光路调节装置的第一角度空间示意图；

图2为本发明光路调节装置的第二角度空间示意图；

图3为本发明光路调节装置的波带片位移调节组件的空间示意图；

图4为本发明光路调节装置的波带片夹载组件的空间示意图；

图5为本发明光路调节装置的波带片夹载组件的爆炸图；(包括波带片及中心光阑)

图6为本发明光路调节装置的级敷筛选孔位移调节组件的空间示意图；

图7为本发明光路调节装置的级敷筛选孔夹持组件的空间示意图；(包含级敷筛选孔部件)

图8为本发明样品试验系统的第一角度空间示意图；

图9为本发明样品试验系统的第二角度空间示意图；

图10为本发明样品试验系统的样品台组件的爆炸图；

图11为本发明样品试验系统的支架组件的空间示意图；

图12为本发明样品试验系统的冷却组件的空间示意图。

附图标记说明：

1、支撑底座；

2、波带片位移调节组件；20、第一横向驱动组件；21、第一纵向驱动组件；22、第一竖向驱动组件；23、第一转接板；

3、级敷筛选孔位移调节组件；30、第二横向驱动组件；31、第二纵向驱动组件；32、第二竖向驱动组件；33、第二转接板；

4、波带片夹载组件；40、波带片夹载背板；41、波带片容置槽；42、波带片夹片；

5、级敷筛选孔夹持组件；50、级敷筛选孔夹载背板；51、级敷筛选孔容置槽；

6、聚光组件；60、波带片；61、中心光阑；

7、级敷筛选孔部件；

8、光路；

9、线夹；

10、样品位置调节组件；100、转盘；101、样品台组件；1010、样品台背板；1011、样品台底座；1012、样品托；1013、样品台夹片；1014、第一连接组件；1015、屏蔽罩；1016、样品容置槽；1017、连接块；1018、温度计；1019、温度计压片；102、样品位移调节组件；1020、样品台整体支撑框架；1021、旋转驱动组件；103、支架组件；1030、支架底座；1031、样品台组件支撑抓手；1032、冷却组件夹持块；104、固定座；105、冷却组件；1050、冷头；1051、冷指；1052、导热辫；1053、冷头屏蔽罩；1054、热沉；

11、样品电子激发轮廓；

12、荧光屏。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种光路调节装置(以下简称该光路调节装置)，为便于描述，如图1所示，现定义支撑底座1的长度方向为左右方向，支撑底座1的宽度方向为前后方向，支撑底座1的高度方向为上下方向，故如图1所示可得到该光路调节装置所处的空间坐标系，该光路调节装置的左右方向即为Y方向(也即纵向)，该光路调节装置的前后方向即为X方向(也即横向)，该光路调节装置的上下方向即为Z方向(也即竖向)。

如图1、图5、图7所示，本发明提供一种光路调节装置，包括聚光组件6，所述聚光组件6包括波带片60；还包括支撑底座1、级敷筛选孔部件7、波带片位移调节组件2、以及级敷筛选孔位移调节组件3，波带片60设置在波带片位移调节组件2上，级敷筛选孔部件7设置在级敷筛选孔位移调节组件3，波带片位移调节组件2设置在支撑底座1上，用于调节波带片60的位置；级敷筛选孔位移调节组件3设置在支撑底座1上，用于调节级敷筛选孔部件7的位置；光路8途经波带片60、级敷筛选孔部件7聚焦形成光斑定位在样品上。

本发明涉及的光路调节装置，设置有波带片60、级敷筛选孔部件7，级敷筛选孔部件7上设置有若干个级敷筛选孔，波带片60对光路8进行聚焦形成光斑，级敷筛选孔对光路8进行过滤，将除一阶聚焦光之外的聚焦光进行遮挡，光路8经过波带片60、级敷筛选孔形成最小光斑定位在样品上，实现优于200nm的最高空间分辨率。

进一步的，在本实施例中，波带片60采用菲涅尔波带片(英文为Zone-Plate)，主要对光路8聚焦形成光斑。级敷筛选孔(英文全称为Order-sorting aperture,简称为OSA)，主要用于对光路8除一阶聚焦光之外的聚焦光进行遮挡。级敷筛选孔与菲涅尔波带片配合使用，使光路8形成一阶聚焦光斑。

优选的，如图3、图4、图5所示，波带片位移调节组件2包括第一横向驱动组件20、第一纵向驱动组件21、以及第一竖向驱动组件22，第一纵向驱动组件21通过螺栓紧固在第一横向驱动组件20的活动端上，第一竖向驱动组件22通过螺栓紧固在第一纵向驱动组件21的活动端上，波带片60设置在第一竖向驱动组件22上。进一步的，在本实施例中，第一横向驱动组件20、第一纵向驱动组件21、第一竖向驱动组件22均采用线性马达，且线性马达上均连接有行程控制组件(例如：位移传感器)以及控制系统，行程控制组件与控制系统通讯连接，可以精确的对第一横向驱动组件20、第一纵向驱动组件21、第一竖向驱动组件22的位移精准控制，位移可以精准到nm级别。进一步的，第一横向驱动组件20的运动轨迹为X方向，第一纵向驱动组件21的运动轨迹为Y方向，第一竖向驱动组件22的运动轨迹为Z方向。

优选的，如图3所示，第一竖向驱动组件22和第一纵向驱动组件21之间还设置有第一转接板23，第一转接板23用于连接第一竖向驱动组件22和第一纵向驱动组件21。在本实施例中，第一转接板23为L型，L型第一转接板23的短板通过螺栓固定在第一纵向驱动组件21的活动端上，第一竖向驱动组件22通过螺栓固定在L型第一转接板23的长板上，从而实现第一竖向驱动组件22和第一纵向驱动组件21的垂直连接。

优选的，如图6、图7所示，级敷筛选孔位移调节组件3包括第二横向驱动组件30、第二纵向驱动组件31、以及第二竖向驱动组件32，第二纵向驱动组件31通过螺栓紧固在第二横向驱动组件30的活动端上，第二竖向驱动组件32通过螺栓紧固在第二纵向驱动组件31的活动端上，级敷筛选孔部件7设置在第二竖向驱动组件32上。进一步的，在本实施例中，级敷筛选孔部件7上设置有三个级敷筛选孔，每个级敷筛选孔的孔径不同。设置有多个孔径不同的级敷筛选孔，可以根据样品高度的不同，选用不同孔径的级敷筛选孔并配合级敷筛选孔位移调节组件3，实现对级敷筛选孔和样品之间距离的调节，从而得到最小的聚焦光斑。

进一步的，在本实施例中，第二横向驱动组件30、第二纵向驱动组件31、第二竖向驱动组件32均采用线性马达，且线性马达上均连接有行程控制组件(例如：位移传感器)以及控制系统，行程控制组件与控制系统通讯连接，可以精确的对第二横向驱动组件30、第二纵向驱动组件31、第二竖向驱动组件32的位移精准控制，位移可以精准到nm级别。进一步的，第二横向驱动组件30的运动轨迹为X方向，第二纵向驱动组件31的运动轨迹为Y方向，第二竖向驱动组件32的运动轨迹为Z方向。

在本实施例中，如图1、图2所示，通过第一横向驱动组件20、第二横向驱动组件30、第一纵向驱动组件21、第二纵向驱动组件31、第一竖向驱动组件22、第二竖向驱动组件32，可以使光路8、波带片60、级敷筛选孔、样品处于同一条直线上，使光路8依次通过波带片60和级敷筛选孔，得到聚焦光斑。

优选的，如图6所示，第二竖向驱动组件32和第二纵向驱动组件31之间还设置有第二转接板33，第二转接板33用于连接第二竖向驱动组件32和第二纵向驱动组件31。在本实施例中，第二转接板33为L型，L型第二转接板33的短板通过螺栓固定在第二纵向驱动组件31的活动端上，第二竖向驱动组件32通过螺栓固定在L型第二转接板33的长板上，从而实现第二竖向驱动组件32和第二纵向驱动组件31的垂直连接。

优选的，如图1、图4、图5所示，光路调节装置还包括波带片夹载组件4，波带片夹载组件4通过螺栓紧固在波带片位移调节组件2上，用于夹持波带片60；波带片夹载组件4包括波带片夹载背板40、波带片容置槽41、以及波带片夹片42，波带片容置槽41通过螺栓紧固在波带片夹载背板40上，波带片夹载背板40通过螺栓紧固在第一竖向驱动组件22的活动端上，波带片60通过波带片夹片42设置在波带片容置槽41中。

进一步的，如图5所示，聚光组件6还包括中心光阑61，中心光阑61设置在波带片60的前端、且通过波带片夹片42进行固定；波带片夹载背板40上还前后贯穿有通孔，通孔与波带片60、中心光阑61处于同一水平线上。光路8依次通过通孔、波带片60、中心光阑61、级敷筛选孔部件7聚焦形成光斑定位在样品上。中心光阑61用于对光路8的上游来光进行强度遮挡。进一步的，在本实施例中，波带片夹载背板40的形状类似为“Z型”，Z型波带片夹载背板40的后端通过螺栓固定在第一竖向驱动组件22的活动端上，Z型波带片夹载背板40的前端面通过螺栓固定有波带片容置槽41，波带片容置槽41的上端和下端在前后方向上开设有螺纹孔，用于将波带片容置槽41和波带片夹载背板40紧固连接。波带片容置槽41为矩形，且波带片容置槽41中设置有一个阶梯凸台，阶梯凸台的前端用于放置波带片60和中心光阑61。在本实施例中，波带片容置槽41的上端端面上下贯穿有两个螺纹孔，波带片容置槽41的下端端面上下贯穿有两个螺纹孔，上述四个螺纹孔中均通过螺栓紧固有波带片夹片42，四个波带片夹片42同时对波带片60和中心光阑61进行夹持固定。

优选的，如图1、图7所示，光路调节装置还包括级敷筛选孔夹持组件5，级敷筛选孔夹持组件5设在级敷筛选孔位移调节组件3上，用于夹持级敷筛选孔部件7；级敷筛选孔夹持组件5包括级敷筛选孔夹载背板50、以及级敷筛选孔容置槽51，级敷筛选孔容置槽51通过螺栓在级敷筛选孔夹载背板50上，级敷筛选孔部件7卡设在级敷筛选孔容置槽51中。在本实施例中，级敷筛选孔夹载背板50形状类似为“L型”，L型级敷筛选孔夹载背板50的右端面在前后方向上贯穿有螺纹孔，用于与第二竖向驱动组件32固定连接。L型级敷筛选孔夹载背板50的左端面在左右方向上贯穿有螺纹孔，用于与级敷筛选孔容置槽51固定连接。级敷筛选孔容置槽51的前端面上开设有凹槽，凹槽中前后贯穿有若干个通孔，凹槽中放置级敷筛选孔部件7，级敷筛选孔部件7上的级敷筛选孔数量与通孔的数量相同、且位置一一对应。在本实施例中，级敷筛选孔的数量为三个，三个级敷筛选孔的孔径不同。

在本实施例中，波带片夹载组件4以及级敷筛选孔夹持组件5，不仅起到对波带片60和级敷筛选孔进行固定夹持的作用，同时也避免对光路的干扰及系统件的干涉。

优选的，如图1、图2所示，支撑底座1的形状为“F型”，F型支撑底座1上具有平行的两个负载平台，两个负载平台具有在Y向(纵向)上下平行。其中波带片位移调节组件2的第一横向驱动组件20通过螺栓设置在下方的负载平台上，级敷筛选孔位移调节组件3的第二横向驱动组件30通过螺栓设置在上方的负载平台上，然后L型第一转接板23将第一纵向驱动组件21和第一竖向驱动组件22连接，L型第二转接板33将第二纵向驱动组件31和第二竖向驱动组件32连接，从而使波带片60和级敷筛选孔可以处于同一条直线上，光路8依次通过波带片60、级敷筛选孔的聚焦遮挡从而得到最小光斑并且定位在样品上。进一步的，如图2所示，支撑底座1的侧壁上还设置有若干个线夹9，用于对第一横向驱动组件20、第二横向驱动组件30、第一纵向驱动组件21、第二纵向驱动组件31、第一竖向驱动组件22、第二竖向驱动组件32所需的电缆进行排布，在上述各驱动组件进行运动时不会出现外力阻碍，减少损耗。

进一步的，本发明涉及的光路调节装置是在超真空环境中使用的。光源采用深紫外光路。

为实现上述目的或其他目的，本发明还涉及一种光路调节方法，采用上述的光路调节装置，步骤如下：

A1：首先在非真空环境中，通过工具(例如：镊子)将波带片60、中心光阑61通过波带片夹片42依次安装到波带片容置槽41中，此时波带片夹载背板40上的通孔与波带片60、中心光阑61处于同一直线上，供光路8通过；将级敷筛选孔部件7安装到级敷筛选孔容置槽51前端面的凹槽中，并且使凹槽中的通孔与级敷筛选孔对齐，供光路8通过。

A2：将上述的光路调节装置从非真空环境转移到真空环境中，并对光路调节装置进行固定。调节光路调节装置，使波带片60和级敷筛选孔部件7先向光路的上游方向偏移，记为初始位置。

A3：将样品放入真空环境中(样品放置到该光路调节装置的外侧的样品台组件101上)。

A4：根据样品的高度，选择样品与级敷筛选孔之间的间距、以及级敷筛选孔的孔径。例如：样品高度较大时，选择孔径较大的级敷筛选孔，为使级敷筛选孔将除一阶聚焦光全部过滤，因此需缩小波带片60与级敷筛选孔之间的间距，增大样品与级敷筛选孔之间的间距，使聚焦光斑定位在样品上。当样品高度较小时，选择孔径较小的级敷筛选孔，为使级敷筛选孔将除一阶聚焦光全部过滤，因此增大波带片60与级敷筛选孔之间的间距，缩小样品与级敷筛选孔之间的间距，使聚焦光斑定位在样品上。

A5：根据步骤A4中选定的级敷筛选孔、波带片60与级敷筛选孔之间的间距、样品与级敷筛选孔之间的间距，通过控制系统及行程控制组件对第一横向驱动组件20、第一纵向驱动组件21、第一竖向驱动组件22、第二横向驱动组件30、第二纵向驱动组件31、第二竖向驱动组件32进行精准的位置调节。具体的，通过控制系统输入上述驱动组件运动的距离，精确到nm，然后控制系统驱动上述驱动组件运动，行程控制组件检测上述驱动组件是否运动到位，实现波带片60与相应级敷筛选孔的对齐，供光路8通过。

A6：光源发出光路8，光路8依次通过波带片夹载背板40上的通孔、波带片60、中心光阑61、级敷筛选孔容置槽51的通孔、级敷筛选孔，然后形成聚焦光斑并定位到样品上。

A7：进行后续的实验。

进一步的，本发明涉及的光路调节方法是在超真空环境中进行的。

为实现上述目的或其他目的，本发明还涉及一种样品试验系统，如图8、图9所示，包括上述的光路调节装置，还包括样品位置调节组件10、以及真空腔，上述的光路调节装置以及样品位置调节组件10均设置在真空腔中，上述的光路调节装置将真空腔上游的光路进行聚焦形成光斑，形成的光斑定位在样品上，从而发生激发反应，产生光电子。样品位置调节组件10用于放置样品并调节样品的位置。本发明涉及的样品试验系统，可以研究样品在超低温环境中的性能。

进一步的，如图8、图9所示，样品位置调节组件10包括转盘100、样品台组件101、以及样品位移调节组件102、以及固定座104，样品台组件101设置在样品位移调节组件102上，用于对样品进行放置固定；样品位移调节组件102设置在转盘100上，用于对样品的位置进行调节。转盘100下方设置有底部旋转电机，旋转电机贯穿固定座104，转盘100设置在底部旋转电机的顶端输出轴上，光路调节装置设置在转盘100外侧的固定座104上，光路8先经过光路调节装置进行聚焦形成光斑后定位到样品上，从而实现样品的光电效应试验。

进一步的，如图12所示，在本实施例中，样品位置调节组件10还包括冷却组件105，冷却组件105与样品台组件101连接，用于降低样品的温度。

优选的，样品位移调节组件102包括第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件、以及旋转驱动组件1021，第一驱动组件设置转盘100上，第二驱动组件设置在第一驱动组件的活动端上，第三驱动组件设置在第二驱动组件的活动端上，旋转驱动组件1021设置在第三驱动组件的活动端上；旋转驱动组件1021与样品台组件101连接。进一步的，第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件均为线性马达，且上述三个线性马达上均连接有行程控制组件(例如：位移传感器)以及控制系统，行程控制组件与控制系统通讯连接，可以精确的对第一驱动组件、第二驱动组件、第二驱动组件的位移精准控制，位移可以精准到nm级别。第一驱动组件的运动轨迹为纵向(Y向)，第二驱动组件的运动轨迹为横向(X向)，第三驱动组件的运动轨迹为竖向(Z向)，从而实现样品在XYZ三个方向上的自由度。

进一步的，在本实施例中，第二驱动组件和第三驱动组件之间还设置有U型连接板，U型连接板的底端固定在第二驱动组件的活动端上，U型连接板的开口方向向后。U型连接板的前侧面通过螺栓固定第三驱动组件，U型连接板的后侧面上设置有接料盘，接料盘用于承接杂质，避免杂质落到第一驱动组件、第二驱动组件中，影响第一驱动组件和第二驱动组件的使用寿命。

进一步的，如图9所示，样品位移调节组件102还包括样品台整体支撑框架1020，样品台整体支撑框架1020设置在第三驱动组件的活动端上，旋转驱动组件1021固定在样品台整体支撑框架1020上，旋转驱动组件1021为中空马达；样品台整体支撑框架1020上开设有贯穿孔；中空马达的中心孔与样品台整体支撑框架1020的贯穿孔同心，供光路8通行。进一步的，在本实施例中，样品台整体支撑框架1020为开口向后的U型块，样品台整体支撑框架1020的底端固定在第三驱动组件的活动端上，在第三驱动组件的作用下进行上下运动，样品台整体支撑框架1020的后侧面顶部通过螺栓固定有旋转驱动组件1021，旋转驱动组件1021用于控制样品俯仰角度的偏移。

优选的，如图10所示，样品台组件101包括样品台背板1010、样品台底座1011、样品托1012、样品台夹片1013、第一连接组件1014、以及屏蔽罩1015，样品台底座1011通过第一连接组件1014与样品台背板1010固定连接，样品台背板1010与样品位移调节组件102通过螺栓连接，屏蔽罩1015与样品台背板1010通过螺栓固定连接，对样品台底座1011包裹；样品台底座1011的左端面上开设有样品容置槽1016，样品台夹片1013通过螺栓固定在样品容置槽1016中，样品托1012可拆卸安装在样品台夹片1013与样品容置槽1016之间，用于托起样品；样品台底座1011的右端面上设置有连接块1017，连接块1017的右端端部设置有温度计1018，连接块1017与冷却组件105连接，用于降低样品台底座1011的温度；样品台背板1010上开设有左右方向的贯穿孔，连接块1017在左右方向上穿设在贯穿孔中。温度计1018与控制系统通讯连接，用于对样品的温度进行实时监测。在本实施例中，连接块1017的右端端面开设有温度计容置槽，温度计1018插设在温度计容置槽中，温度计1018的右端还设置有温度计压片1019，通过温度计压片1019将温度计1018固定在温度计容置槽中，从而保证温度计1018测量样品温度的精准性。

优选的，如图8、图11所示，样品位置调节装置还包括支架组件103，支架组件103设置在转盘100上、且设置在样品台组件101的右端；支架组件103包括支架底座1030、样品台组件支撑抓手1031、以及若干个冷却组件夹持块1032，样品台组件支撑抓手1031用于对样品台组件101支撑；冷却组件夹持块1032为弧形块，若干个冷却组件夹持块1032通过螺栓紧固在支架底座1030的顶端、且构成圆形，用于对冷却组件105的输出端进行夹持限定；冷却组件105的左端部与样品台组件101柔性连接。

优选的，如图12所示，冷却组件105包括冷指1051、冷头1050、冷头屏蔽罩1053、热沉1054、以及导热辫1052，冷头屏蔽罩1053包裹在冷头1050的外周侧，热沉1054设置在冷头1050的顶端，冷指1051设置在冷头1050的底端，导热辫1052的一端与冷指1051连接，另一端与样品台组件101柔性连接。在本实施例中，冷头1050输入低温，低温通过冷指1051传递给导热辫1052，低温从导热辫1052的一端传递到导热辫1052另一端的连接块1017上，从而使样品台底座1011的温度降低，使样品处于低温的状态。冷头屏蔽罩1053通过螺栓固定在热沉1054处，用于屏蔽隔离冷头1050外界的热辐射。进一步的，如图10所示，在本实施例中，连接块1017在上下方向贯穿有导热辫固定孔，导热辫1052的左端从上到下穿过冷却组件夹持块1032构成的圆，然后端部通过导热辫固定孔与样品台组件101柔性连接，实现对样品台组件101的降温。

进一步的，在本实施例中，固定座104、第一连接组件1014均采用钛合金制成，钛合金具有如下好处：①、钛合金具有强度大的性能，保证支撑稳定。②、钛合金无磁，不会在激发实验中对光电子的轨迹产生影响。③、钛合金和超真空环境兼容。另外的，第一连接组件1014中还具有绝热连接筒，绝热连接筒采用绝热性能好的聚酰亚胺(Vespel)，形成热绝缘效果，减少热传导。

本发明涉及的样品试验系统，具体步骤如下：

B1：在真空腔外部将波带片60、级敷筛选孔部件7安装到光路调节装置中。通过工具(例如：镊子)将波带片60、中心光阑61通过波带片夹片42依次安装到波带片容置槽41中，此时波带片夹载背板40上的通孔与波带片60、中心光阑61处于同一直线上，供光路8通过。将级敷筛选孔部件7安装到级敷筛选孔容置槽51前端面的凹槽中，并且使凹槽中的通孔与级敷筛选孔对齐，供光路8通过。将光路调节装置安装在转盘100外侧的固定座104上，然后将样品位置调节组件10整体放入真空腔中，并使真空腔中具有较高的真空度。

B2：确定光路8的运行路径。操作人员控制转盘100、第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件对样品台组件101的位置进行调整，使光路8依次通过样品台背板1010的贯穿孔、旋转驱动组件1021、样品台整体支撑框架1020的贯穿孔，从而打到样品台整体支撑框架1020右侧的荧光屏12上，从而确定光路8的路径。

B3：放入样品。如图8所示，操作人员首先通过控制系统控制第一驱动组件使样品台组件101向右运动，样品台组件101的屏蔽罩1015底面与样品台组件支撑抓手1031的底面相抵接。通过机械手将带有样品的样品托1012穿过屏蔽罩1015顶部的通槽卡接在样品台夹片1013与样品容置槽1016之间。

B4：依据步骤B3中放置样品的高度，选取样品与级敷筛选孔之间的间距、以及级敷筛选孔的孔径。例如：样品高度较大时，选择孔径较大的级敷筛选孔，为使级敷筛选孔将除一阶聚焦光全部过滤，因此缩小波带片60与级敷筛选孔之间的间距，增大样品与级敷筛选孔之间的间距，使聚焦光斑定位在样品上。当样品高度较小时，选择孔径较小的级敷筛选孔，为使级敷筛选孔将除一阶聚焦光全部过滤，因此增大波带片60与级敷筛选孔之间的间距，缩小样品与级敷筛选孔之间的间距，使聚焦光斑定位在样品上。

B5：根据步骤B2中确定的光路8路径、以及步骤B4中选定的级敷筛选孔、波带片60与级敷筛选孔之间的间距、样品与级敷筛选孔之间的间距，通过控制系统及行程控制组件对第一横向驱动组件20、第一纵向驱动组件21、第一竖向驱动组件22、第二横向驱动组件30、第二纵向驱动组件31、第二竖向驱动组件32进行精准的位置调节。具体的，通过控制系统输入上述驱动组件运动的距离，精确到nm，然后控制系统驱动上述驱动组件运动，行程控制组件检测上述驱动组件是否运动到位，实现波带片60与相应级敷筛选孔的对齐，并且步骤B2中确定的光路8路径刚好从波带片60和级敷筛选孔中穿过。

B6：调整样品位置。操作人员根据步骤B2中确定光路8的路径，经控制系统控制转盘100、第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件、以及旋转驱动组件1021对样品的位置进行调整，转盘100在水平方向上进行一定角度的旋转，第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件在空间坐标系中进行一定距离的位移，旋转驱动组件1021在平行Z方向的平面内使样品进行一定角度的旋转，在上述五个自由度中实现对样品位置的调节，最终实现光路8以一定的角度定位在样品上，进行光电反应(光路8垂直于样品时，动量不守恒)。

B7：调节样品的温度。操作人员启动冷却组件105，冷头1050的温度降低，并通过冷指1051、导热辫1052向连接块1017传递低温，连接块1017右端的温度计1018对连接块1017的温度进行检测，连接块1017左端的样品上的温度与连接块1017右端的温度相同，即温度计1018检测的温度为样品的温度。当温度计1018检测到温度达标后，即可进行后续步骤。在本实施例中，启动冷却组件105的时间视情况而定，可以在B5中调节光路步骤或B6中调节样品位置前启动冷却组件105。若某个样品无需进行低温实验，步骤B7可以省略。

B8：光源发出光路8，光路8依次通过波带片夹载背板40上的通孔、波带片60、中心光阑61、级敷筛选孔容置槽51的通孔、级敷筛选孔，然后形成聚焦光斑并定位到样品上，样品被光斑激发出电子，并形成如图8所示的样品电子激发轮廓11，然后便于电子分析进行后续的试验。

本发明涉及的光路调节装置、方法、及样品试验系统，设置有波带片位移调节组件2、以及级敷筛选孔位移调节组件3，使波带片60、级敷筛选孔具有三个自由度方向上的位置调节，并通过程序控制实现三个自由度方向上的超高精度运动，实现对光路8的调节，及基于同步辐射光源的相干光的聚焦，同时保证级敷筛选孔足够靠近样品，并且使经过波带片60后的一级聚焦光的焦点处于样品附近，达到最小光斑的要求。本发明涉及的样品试验系统的组合方式紧凑、高效且稳定，能够使上述的驱动组件在行程范围内充分实现功能，并且为后续的试验分析器预留出足够的空间，使分析器尽可能贴近样品，减少信号干扰。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种光路调节装置，包括聚光组件(6)，所述聚光组件(6)包括波带片(60)；其特征在于：还包括支撑底座(1)、级敷筛选孔部件(7)、波带片位移调节组件(2)、以及级敷筛选孔位移调节组件(3)，所述波带片(60)设置在波带片位移调节组件(2)上，所述级敷筛选孔部件(7)设置在级敷筛选孔位移调节组件(3)上，所述波带片位移调节组件(2)设置在支撑底座(1)上，用于调节波带片(60)的位置；所述级敷筛选孔位移调节组件(3)设置在支撑底座(1)上，用于调节级敷筛选孔部件(7)的位置；光路(8)途径波带片(60)、级敷筛选孔部件(7)聚焦形成光斑定位在样品上。

2.根据权利要求1所述的光路调节装置，其特征在于：所述波带片位移调节组件(2)包括第一横向驱动组件(20)、第一纵向驱动组件(21)、以及第一竖向驱动组件(22)，所述第一纵向驱动组件(21)设置在第一横向驱动组件(20)上，所述第一竖向驱动组件(22)设置在第一纵向驱动组件(21)上，所述波带片(60)设置在第一竖向驱动组件(22)上。

3.根据权利要求2所述的光路调节装置，其特征在于：所述第一竖向驱动组件(22)和第一纵向驱动组件(21)之间还设置有第一转接板(23)，所述第一转接板(23)用于连接第一竖向驱动组件(22)和第一纵向驱动组件(21)。

4.根据权利要求1所述的光路调节装置，其特征在于：所述级敷筛选孔位移调节组件(3)包括第二横向驱动组件(30)、第二纵向驱动组件(31)、以及第二竖向驱动组件(32)，所述第二纵向驱动组件(31)设置在第二横向驱动组件(30)上，所述第二竖向驱动组件(32)设置在第二纵向驱动组件(31)上，所述级敷筛选孔部件(7)设置在第二竖向驱动组件(32)上。

5.根据权利要求4所述的光路调节装置，其特征在于：所述第二竖向驱动组件(32)和第二纵向驱动组件(31)之间还设置有第二转接板(33)，所述第二转接板(33)用于连接第二竖向驱动组件(32)和第二纵向驱动组件(31)。

6.根据权利要求1所述的光路调节装置，其特征在于：还包括波带片夹载组件(4)，所述波带片夹载组件(4)设置在波带片位移调节组件(2)上，用于夹持波带片(60)；所述波带片夹载组件(4)包括波带片夹载背板(40)、波带片容置槽(41)、以及波带片夹片(42)，所述波带片容置槽(41)固定在波带片夹载背板(40)上，所述波带片夹载背板(40)固定在波带片位移调节组件(2)上，所述波带片(60)通过波带片夹片(42)设置在波带片容置槽(41)中。

7.根据权利要求6所述的光路调节装置，其特征在于：所述聚光组件(6)还包括中心光阑(61)，所述中心光阑(61)设置在波带片(60)远离波带片容置槽(41)的一侧、且通过波带片夹片(42)进行固定；所述波带片夹载背板(40)上还设置有通孔，光路(8)依次通过所述通孔、波带片(60)、中心光阑(61)、级敷筛选孔部件(7)聚焦形成光斑定位在样品上。

8.根据权利要求1所述的光路调节装置，其特征在于：还包括级敷筛选孔夹持组件(5)，所述级敷筛选孔夹持组件(5)设置在级敷筛选孔位移调节组件(3)上，用于夹持级敷筛选孔部件(7)；所述级敷筛选孔夹持组件(5)包括级敷筛选孔夹载背板(50)、以及级敷筛选孔容置槽(51)，所述级敷筛选孔容置槽(51)设置在级敷筛选孔夹载背板(50)上，所述级敷筛选孔部件(7)设置在级敷筛选孔容置槽(51)中。

9.一种光路调节方法，其特征在于：采用权利要求1-8任一项所述的光路调节装置，步骤如下：

S1：将波带片(60)安装在波带片位移调节组件(2)上，将级敷筛选孔部件(7)安装在级敷筛选孔位移调节组件(3)上；

S2：通过波带片位移调节组件(2)调节波带片(60)的位置，通过级敷筛选孔位移调节组件(3)调节级敷筛选孔部件(7)的位置；

S3：光路(8)依次通过波带片(60)、级敷筛选孔部件(7)聚焦形成光斑定位在样品上。

10.一种样品试验系统，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的光路调节装置，还包括样品位置调节组件(10)，所述样品位置调节组件(10)用于放置样品并调节样品的位置。