CN207547920U - 一种采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光微区加工领域和电镜原位样品制备领域，具体涉及一种利用经汇聚的激光对电镜样品进行精细加工成型的装置。该装置包括飞秒激光器及汇聚扫描系统、样品台机械数控移动系统、共轴显微观察定位系统、计算机、减震系统及防护系统。利用上述装置可以快速、方便地使用飞秒激光对各种电镜样品，如：金属片、氧化铝陶瓷块、透明石英玻璃等，进行数控切割、打孔等精细加工。从而，通过本实用新型可以制备特定形状、缺口的原位电镜样品，结合电子显微镜原位观察技术，即可对某些特殊组织与结构进行力学、电学和腐蚀行为等的原位观察研究，具有加工面积广、精度高、无热影响区和无污染等优点。

Description

一种采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置

技术领域

本实用新型涉及材料激光微区加工领域和原位电镜样品制备领域，具体涉及一种利用微束飞秒激光对制备的样品进行精细加工的装置，可以针对不同样品采用不同的加工方式，有多种样品台可供选择。

背景技术

随着激光技术的不断发展，激光器的性能也得到不断的改善，激光与物质相互作用的研究引起人们的高度重视，激光加工技术也取得巨大进展。

20世纪90年代初，随着宽带可调谐激光晶体和自锁摸技术的出现，飞秒激光技术得到突飞猛进的发展。以掺钛蓝宝石为代表的新一代飞秒激光器，输出光脉冲的持续时间最短可至5fs，激光中心波长位于近红外波段(800nm左右)，特别是借助啁啾脉冲放大技术，单个脉冲能量从几个纳焦放大至几百豪焦，甚至焦耳量级，此时脉冲的峰值功率可达 GW或TW，再经过聚焦后的功率密度为10¹⁵～10¹⁸W/cm²，甚至更高。具有如此高峰值功率和极短持续时间的光脉冲与物质相互作用时，能够以极快的速度将其全部能量注入到很小的作用区域，瞬间内高能量密度沉积将使电子的吸收和运动方式发生变化，避免激光线性吸收、能量转移和扩散等的影响，从而在根本上改变激光与物质相互作用的机制，使飞秒脉冲激光加工成为具有超高精度、超高空间分辨率和超高广泛性的非热熔“冷”处理过程，开创激光加工的崭新领域。

目前，在原位电镜样品制备的领域，主要的技术方法有以下四种：机械切割、线切割、传统激光和聚焦离子束。对于块体材料的原位电镜样品制备仍采用传统的机械加工/线切割法，对于样品的塑性和机加工性有较高的要求，对于特殊部位的样品进行精确定位较为困难，且存在二次污染、边缘效应、制样成功率低等一系列问题，严重制约原位电镜研究工作的效率和结果的可靠性。而普通连续激光、纳秒激光甚至皮秒激光加工方法，由于其光热效应，使材料加工边缘出现较大面积的重熔、再结晶和氧化反应等行为，而无法作为合适的原位电极样品。聚焦离子束制备原位电镜样品的方法，虽然可以极大的消除边缘效应，达到纳米级别的加工精度，但其设备成本极高，且加工效率极低，并不能较大范围的推广和应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，可以数控切割加工各种形状的样品，且加工精度可达亚微米级。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，该装置包括：飞秒激光器及汇聚扫描系统、样品台机械数控移动系统、共轴显微观察定位系统、计算机、减震系统及防护系统，激光光源的飞秒激光从激光器中发出后，经过多级激光组合镜头汇聚后，与普通光光源的普通冷光经由不同的接口以同轴光的形式，接入到共轴显微观察定位系统；共轴显微观察定位系统和样品台机械数控移动系统通过USB线或网线与计算机相连，具体结构如下：

激光光源和普通光光源分别通过一个接口以同轴光的形式，通过光缆接入激光汇聚及显微观察系统，并且激光光源和普通光光源通过电动切换开关进行切换；激光汇聚及显微观察系统与CCD摄像头的输入端连接，CCD摄像头的输出端和运动控制器的输入端通过USB线或网线与计算机连接；激光汇聚及显微观察系统配备不同倍数的长焦物镜，针对不同样品和加工要求进行观察选择；激光汇聚及显微观察系统设置于激光汇聚模块机械移动系统上，运动控制器的输出端与样品台机械数控移动系统连接，样品台机械数控移动系统设置于气浮减震平台上，气浮减震平台的进气端与气泵连接。

所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，飞秒激光器及汇聚扫描系统，包括：一台飞秒激光器，其由飞秒激光振荡器、泵浦源和飞秒激光放大器三部分配套组成，飞秒激光器发射脉宽<400fs、单脉冲能量>50μJ的超快激光；一套安装于激光器出光口的组合镜头，用于对飞秒激光光斑进行第一级缩小。

所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，共轴显微观察定位系统，包括一个激光光缆接口、一个普通光光缆接口、电动同轴光光源切换开关、一个激光CCD摄像头、普通显微镜目镜、物镜和一组不同倍率的超长焦距物镜配套而成，通过共轴显微观察定位系统对光纤里的激光进行二次汇聚。

所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，样品台机械数控移动系统，包括：一套在x、y、z三维空间内任意移动的组合滑台；一台通保护性气体的透光密封性样品腔；一台实时监测经汇聚后的激光能量的探测装置；一台夹持薄膜样品、纤维样品和块体样品的样品台；一台液氮冷却低温加工台。

所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，一台通保护性气体的透光密封性样品腔，包括：机械真空泵、排气阀、保护性气体气瓶、气体质量流量控制器、进气阀、激光增透窗口、样品腔，具体结构如下：样品腔一侧上部设置排气阀，所述样品腔一侧下部通过管路与机械真空泵连通；样品腔另一侧通过管路连接保护性气体气瓶，所述管路上设置气体质量流量控制器、进气阀。

所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，一台夹持薄膜样品、纤维样品和块体样品的样品台，其结构为一侧固定，另一侧为一个水平移动的滑台，对块体样品采用挤压式；对薄片和纤维样品，在滑块与固定块上侧各有一个共轴旋转电机，将样品采用压片的方式固定于电机轴承中心，用计算机控制实现，样品的一维旋转；对于薄膜样品，采用顶端的压片进行固定。

所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，一台夹持薄膜样品、纤维样品和块体样品的样品台，包括：水平滑台、压片、可调速电机、纤维夹头、固定台，具体结构如下：水平滑台与固定台相对设置，水平滑台与固定台上分别设置压片、可调速电机、纤维夹头，水平滑台与固定台上的纤维夹头相应。

所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，液氮冷却低温加工台包括：液氮注入口、排气口、隔热材料、不锈钢腔、压片，具体结构如下：不锈钢腔设置于隔热材料中，不锈钢腔一侧下部通过管路连接液氮注入口，不锈钢腔顶部设置排气口和压片，样品通过压片设置于不锈钢腔顶部。

所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，减震系统，包括一台气浮光学平台和一台气泵，用于安装样品台机械数控移动系统和共轴显微观察定位系统；防护系统包括：一个防护罩，将样品台机械数控移动系统和共轴显微观察定位系统罩起来；一个滤光眼镜，用于操作人员在工作的时候保护眼睛。

本实用新型设计思路如下：

首先，针对目前的原位电镜样品制备领域内，普遍采用机械加工、线切割和长脉冲激光加工的方法，出现的二次污染、边缘效应、制样成功率低等一系列问题，本实用新型采用脉宽<400fs的飞秒激光光源，使单个脉冲的宽度小于材料晶格热传导弛豫时间，有效的消除热影响区和切口材质崩溅的问题。其次，在对材料进行加工处理的过程中需要数控机械移动系统的配合，所以本实用新型设计把组合镜头以及样品台安装在可三维平移和旋转等手动、电动组合样品台上，配合相应的驱动器、控制器和计算机，以实现激光光斑、样品的全方位移动。再次，由于加工尺寸十分小，需要配合显微镜进行观察和定位测量，所以本实用新型设计同一组显微镜头同时连接激光和普通光两种同轴光缆，并且可以实现二者间的切换，同时利用专门选配的激光成像CCD摄像头成像在计算机窗口上，方便进行实时观察、定位和测量等操作。

正是基于以上三点主要的设计指导思想，本实用新型成功的实现对各种材料微米级精度的数控飞秒激光切割加工，并且兼顾不同形状样品特有的加工方式。同时可以通过选择合适的波长和功率的激光源，实现对透明材料的内部特定位置进行加工。

本实用新型的优点及有益效果如下：

1、本实用新型所使用的装置和激光方法可加工多种材料，且加工基本无热影响区。可以很好的避免出现传统原位电镜样品制备方法导致的二次污染、边缘效应、制样成功率低等一系列问题。主要源于本实用新型采用大功率的飞秒激光器，脉冲宽度<400fs，单脉冲能量>50μJ且可调，峰值功率可达100MW，几乎任何材料均可被瞬间转变为等离子态，却不影响光斑旁边的材料。

2、本实用新型所使用的装置和方法的加工精度高，激光经过多级汇聚后，在样品上得到尺寸足够小、能量高度集中的光斑，造成局部的高温，使样品局部区域气化。因为激光光斑很小，可以实现几个微米的图形加工。

3、本实用新型针对不同材料配备不同的样品台，有针对有毒、易氧化等样品设计的保护性气体样品腔，有针对块状样品的挤压式夹持样品台，有针对薄膜和纤维样品的悬空夹持样品台。同时，同一样品台兼顾块体、薄膜、纤维等不同形状特征的材料的夹持，可根据薄膜或者纤维的长度的不同调节下方滑台的位置，且针对纤维材料还有一维的旋转的功能，具有集成度较高的优点。

4、本实用新型加入内部液氮冷却低温加工的样品台配件。利用液氮进行低温切削加工，降低样品整体的温度，进而使未被激光照射到的样品，不会因吸收余热而升温，发生晶粒长大、缺陷减少等结构变化，进一步降低热影响区。

5、本实用新型可以实时监测经透镜汇聚后的激光光斑的能量，因为激光在被汇聚的过程中，会发生衰减，而实际加工样品的能量并非是激光器显示的，所以加入激光功率监测器很有必要。

6、本实用新型所使用的装置和方法可以绝大多数操作均可采用计算机控制，且多维组合滑台和光源转化开关可以联动，可实现自动化切割较复杂的图像样品。

7、本实用新型可以对透明材料，如：石英玻璃等的内部进行加工。

8、本实用新型所使用的装置和方法使用订做的接口，可以同时接入激光和普通光两种同轴光缆，并且可以实现二者间的电动切换，这样能保证激光光斑与普通光光斑在同一位置，方便定位测量和加工控制。

9、本实用新型所使用的装置和方法利用专配的激光显微组合透镜和摄像头，可以实时观察加工进程。

10、本实用新型所使用的装置和方法采用的是气浮减震平台，与普通铸铁减震平台相比，其有更好的减震效果。将激光汇聚系统、显微观察系统和机械移动系统置于气浮减震平台上，与震动单元隔离，可以极大的减少或消除环境震动带来的加工误差。

附图说明

图1为本实用新型所做的实验装置结构图。图中，1激光汇聚及显微观察系统；2激光光源；3普通光光源；4气泵；5气浮减震平台；6样品台机械数控移动系统；7、CCD摄像头；8激光汇聚模块机械移动系统；9运动控制器；10计算机；11光源自动切换开关。

图2为保护气氛样品腔的结构图。图中，12机械真空泵；13排气阀；14保护性气体气瓶；15气体质量流量控制器；16进气阀；17激光增透窗口；18样品腔。

图3为块体、薄膜和纤维样品的夹持样品台的结构图。图中，19水平滑台；20压片；21可调速电机；22纤维夹头；23固定台。

图4为液氮冷却低温加工台的结构图。图中，24液氮注入口；25排气口；26隔热材料；27不锈钢腔；28压片。

具体实施方式

在具体实施过程中，本实用新型的核心是提供一种利用高度聚焦的飞秒激光对材料进行精细加工的装置，该装置利用飞秒激光脉宽小于晶格传热的驰豫时间，单脉冲的能量可以瞬间将光斑处的样品由固态转变为等离子态，达到对特定位置的材料去除的效果。且由于脉宽极小，基本单个脉冲只能去除几纳米厚的材料，这样即可进行微型的三维构型的加工。

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

参照图1，给出本实用新型实施例提供的一种利用高度聚焦的激光对材料进行精细加工和处理的装置结构图，该装置主要包括以下几个系统：飞秒激光器及汇聚扫描系统、样品台机械数控移动系统6、共轴显微观察定位系统、计算机、减震系统及防护系统，激光光源的飞秒激光从激光器中发出后，经过多级激光组合镜头汇聚后，与普通光光源的普通冷光经由不同的接口以同轴光的形式，接入到共轴显微观察定位系统；共轴显微观察定位系统和样品台机械数控移动系统通过USB线或网线与计算机相连，具体结构如下：

激光光源2和普通光光源3分别通过一个订制的接口以同轴光的形式，通过光缆接入激光汇聚及显微观察系统1，并且激光光源2和普通光光源3可以通过电动切换开关11进行切换。激光汇聚及显微观察系统1与CCD摄像头7的输入端连接，CCD摄像头7的输出端和运动控制器9的输入端通过USB线或网线与计算机10连接。激光汇聚及显微观察系统1配备不同倍数的长焦物镜，方便针对不同样品和加工要求进行观察选择。激光汇聚及显微观察系统1设置于激光汇聚模块机械移动系统8上，运动控制器9的输出端与样品台机械数控移动系统6连接，样品台机械数控移动系统6设置于气浮减震平台5上，气浮减震平台5的进气端与气泵4连接。该装置的运动控制器9，用于将计算机的命令存储和转化发送给电机驱动器；该装置的电机驱动器，用于对电动样品台的步进电机发射脉冲电信号。

该装置的飞秒激光器及汇聚扫描系统，包括一台飞秒激光器，其由飞秒激光振荡器、泵浦源和飞秒激光放大器三部分配套组成，可以发射脉宽<400fs，单脉冲能量>50μJ的超快激光；一套安装于激光器出光口的组合镜头，用于对飞秒激光光斑进行第一级缩小。

该装置的激光汇聚及显微观察系统1设置共轴显微观察定位系统，共轴显微观察定位系统包括一个激光光缆接口、一个普通光光缆接口、电动同轴光光源切换开关(光源自动切换开关11)、一个激光CCD摄像头7、普通显微镜目镜、物镜和一组不同倍率的超长焦距物镜，对光纤里的激光进行二次汇聚，以便满足加工和处理精度的要求。

激光汇聚模块机械移动系统8带动激光汇聚及显微观察系统1在x、y、z三维空间内任意移动，用于显微镜的聚焦和光斑的移动。样品台机械数控移动系统6带动样品台在x、y、z三维空间内任意移动，其重复定位精度可达0.1μm，样品台机械数控移动系统6实现面内样品的旋转和倾转，且实现样品的数控和实时状态监测。激光汇聚及显微观察系统1配备放大倍率可调的显微成像系统及同轴光源，用于对激光光斑定位和样品的观察、加工和处理等，观察分辨率可达0.5μm，切割分辨率可达4μm，激光光斑可达4μm。并且，通过计算机实现对机械位移进行数控和实时监控，重复定位精度为0.5μm，移动速度1mm/min～1000mm/min连续可调。

样品台机械数控移动系统6包括：一套可以在x、y、z三维空间内任意移动的组合滑台；一台为可以通Ar气等保护性气体的透光密封性样品腔(即保护气氛样品腔)；一台可以实时监测经汇聚后的激光能量的探测装置；一台可以夹持薄膜样品、纤维样品和块体样品等不同形状的样品台(即夹持样品台)；一台液氮冷却低温加工台。其中：

一套可以在x、y、z三维空间内任意移动的组合滑台，每一方向滑台均通过单独的伺服电机控制，且x、y、z的三维组合滑台接入同一台运动控制器9，并进一步连入计算机，可以实现重复定位精度达0.5μm、移动速度1mm/min～1000mm/min连续可调的移动。同时也配备面内旋转的滑台，通过伺服电机控制，对样品进行旋转。

一台可以通Ar气等保护性气体的透光密封性样品腔，其设有一个抽气口，一个充气口，一个排气口，并在充气口前端配备气体流量计，通过调节流量计示数，可以实现在激光加工时惰性气体正压防氧化的保护环境，或对切割样品时留下的灰渣进行吹扫。同时在抽气口前端配备一台机械干泵，可以在密闭腔室内获得一个<5Pa的真空环境。在腔室上方有一块特定波长激光的增透镜片，用于透过飞秒激光，对腔室内的样品进行加工。

如图2所示，保护气氛样品腔包括：机械真空泵12、排气阀13、保护性气体气瓶14、气体质量流量控制器15、进气阀16、激光增透窗口17、样品腔18，具体结构如下：样品腔18一侧上部设置排气阀13，所述样品腔18一侧下部通过管路与机械真空泵12连通；样品腔18另一侧通过管路连接保护性气体气瓶14，所述管路上设置气体质量流量控制器15、进气阀16。激光光源2或普通光光源3的光束，由激光汇聚及显微观察系统1经激光增透窗口17进入样品腔18，利用微束飞秒激光对样品腔18中的样品进行精细加工。

一台可以实时监测经汇聚后的激光能量的探测装置，将功率探头对正物镜聚焦后的激光束，探测实际作用的激光功率。

一台可以夹持薄膜样品、纤维样品和块体样品等不同形状的样品台，其结构为一侧固定，另一侧为一个可以水平移动的滑台，对块体样品采用挤压式；对纤维样品，在滑块与固定块上侧各有一个共轴旋转电机，将样品采用夹头的方式固定于电机轴承中心，用计算机控制实现，样品的一维旋转；对于薄膜样品，采用顶端的压片进行固定。

如图3所示，夹持样品台包括：水平滑台19、压片20、可调速电机21、纤维夹头22、固定台23，具体结构如下：水平滑台19与固定台23相对设置，水平滑台19与固定台23上分别设置压片20、可调速电机21、纤维夹头22，水平滑台19与固定台23上的纤维夹头22相应。

一台液氮冷却低温加工台，其设有一个液氮冷却室，一个隔热腔。进一步的，液氮冷却室包括：一个液氮注入口，一个排气口。

如图4所示，液氮冷却低温加工台包括：液氮注入口24、排气口25、隔热材料26、不锈钢腔27、压片28，具体结构如下：不锈钢腔27设置于隔热材料26中，不锈钢腔27一侧下部通过管路连接液氮注入口24，不锈钢腔27顶部设置排气口25和压片28，样品通过压片20设置于不锈钢腔27顶部。

减震系统包括一台气浮光学平台和一台气泵配套使用，主要用于安装样品台机械数控移动系统和共轴显微观察定位系统，经过牢固的机械固定的方式，可以防止在加工过程中样品震动、光斑发生偏移，以提高加工和处理的精度和稳定性。

防护系统包括：一个防护罩，将样品台机械数控移动系统和共轴显微观察定位系统罩起来，防止激光的漏光对操作人员造成伤害；一个滤光眼镜，主要用于操作人员在工作的时候保护眼睛，不受到激光伤害。

利用上述装置可以快速、方便地使用飞秒激光对各种电镜样品，如：金属片、氧化铝陶瓷块、透明石英玻璃等，进行数控切割、打孔等精细加工。从而，通过本实用新型可以制备特定形状、缺口的原位电镜样品，结合电子显微镜原位观察技术，即可对某些特殊组织与结构进行力学、电学和腐蚀行为等的原位观察研究，具有加工面积广、精度高、无热影响区和无污染等优点。尤其对于原位观察样品，要求加工过程中尽量减小或避免对样品本身结构产生影响，而本实用新型所采用的飞秒激光加工装置和方法可以极好的缩小甚至消除热影响区，满足制备电镜原位样品的要求。

如图1所示，本实用新型提供一种材料加工方法，该方法利用上述实验装置，经过显微定位，选择激光参数、激光聚焦、数控操作等步骤对材料进行激光加工，具体包括以下步骤：

(S1)分析需要加工的材料，选择配备合适的激光器，查阅资料寻找该材料的烧蚀阀值，以此为参考，用功率探测器检测实际加工光斑的能量，选取合适的激光功率、所采用的显微物镜的倍数、加工时样品台机械数控移动系统6的样品台移动速度等参数，将选择好的激光器光缆接入激光汇聚及显微观察系统1。

所用激光器的激光光波波长、激光器功率、重复频率的大小和激光发生器类型等参数，可以根据实际加工要求以及材料种类等进行选择。

(S2)选取合适的样品台，将样品固定在样品台上。打开普通光光源3，调整激光汇聚及显微观察系统1中显微镜的高度，进行调焦，通过观察CCD摄像头7在计算机10的显微镜成像窗口成像进行定位，并选择需要加工的位置，由于激光与普通光均为同轴光，所以激光光斑位于CCD摄像头7成像的正中心。

对于有毒、易与空气中的气体反应的材料，可选用保护性气氛腔体。对于块体材料采用挤压式的夹持方法，对于薄膜和纤维式的采用压片夹持的方式。

(S3)打开计算机10的位移控制窗口，在其中输入需要加工的图形及加工参数或者导入已保存的图形加工文件，此时可以试运行一下，确保激光加工过程中不会因为样品台超量程等原因而中断。

(S4)关上激光防护罩，以防激光外漏对操作者或他人造成伤害。

(S5)关闭普通光光源3，设置好激光器的参数，进行加工操作。此时，可以通过计算机上的显微镜成像窗口和位移控制窗口对加工进程进行实时监控。

(S6)待加工进程运行结束，关闭激光器，打开防护罩，即可取出加工完成的样品。

以下通过实施例进一步解释或说明本实用新型内容。

实施例1加工扫描电镜单晶Ni原位拉伸V型缺口样品。

如图1所示，加工所用装置如前所述。

加工方法：将单晶Ni片夹持于样品台上，选用波长为1040nm的红外飞秒激光，设定好激光的功率。进行上述的材料加工方法的细节步骤，即可得到所需要的有V型缺口的长条状的扫描原位拉伸样品。

实施例结果表明，利用本实用新型装置可以快速、方便的利用飞秒激光对各种材料，如：金属镍片、透明石英玻璃等，进行样品尺寸小于10cm×10cm的精细加工。同时，可以通过调节飞秒激光的单脉冲能量、光斑大小、机械平台移动速度等，可以得到几乎无热影响区的原位电镜样品。从而，通过本实用新型可以对材料进行大范围、高精度和低损耗的数控加工，可以尽可能不影响切割加工后样品的原有显微结构。具有定位精度高、能量高度集中、加工损耗小、可视化程度高、自动化程度高、无噪音、无污染、无热影响区等优点。并且，结合显微镜数码成像，可以实现对材料进行微纳米级尺度加工，在原位电镜样品制备领域，有较大的应用前景，在对这些材料的科学研究方面，有极大的帮助。

以上对本实用新型所提供的利用采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置和方法进行详细介绍。本文中应用具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，该装置包括：飞秒激光器及汇聚扫描系统、样品台机械数控移动系统、共轴显微观察定位系统、计算机、减震系统及防护系统，激光光源的飞秒激光从激光器中发出后，经过多级激光组合镜头汇聚后，与普通光光源的普通冷光经由不同的接口以同轴光的形式，接入到共轴显微观察定位系统；共轴显微观察定位系统和样品台机械数控移动系统通过USB线或网线与计算机相连，具体结构如下：

激光光源和普通光光源分别通过一个接口以同轴光的形式，通过光缆接入激光汇聚及显微观察系统，并且激光光源和普通光光源通过电动切换开关进行切换；激光汇聚及显微观察系统与CCD摄像头的输入端连接，CCD摄像头的输出端和运动控制器的输入端通过USB线或网线与计算机连接；激光汇聚及显微观察系统配备不同倍数的长焦物镜，针对不同样品和加工要求进行观察选择；激光汇聚及显微观察系统设置于激光汇聚模块机械移动系统上，运动控制器的输出端与样品台机械数控移动系统连接，样品台机械数控移动系统设置于气浮减震平台上，气浮减震平台的进气端与气泵连接。

2.根据权利要求1所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，飞秒激光器及汇聚扫描系统，包括：一台飞秒激光器，其由飞秒激光振荡器、泵浦源和飞秒激光放大器三部分配套组成，飞秒激光器发射脉宽<400fs、单脉冲能量>50μJ的超快激光；一套安装于激光器出光口的组合镜头，用于对飞秒激光光斑进行第一级缩小。

3.根据权利要求1所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，共轴显微观察定位系统，包括一个激光光缆接口、一个普通光光缆接口、电动同轴光光源切换开关、一个激光CCD摄像头、普通显微镜目镜、物镜和一组不同倍率的超长焦距物镜配套而成，通过共轴显微观察定位系统对光纤里的激光进行二次汇聚。

4.根据权利要求1所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，样品台机械数控移动系统，包括：一套在x、y、z三维空间内任意移动的组合滑台；一台通保护性气体的透光密封性样品腔；一台实时监测经汇聚后的激光能量的探测装置；一台夹持薄膜样品、纤维样品和块体样品的样品台；一台液氮冷却低温加工台。

5.根据权利要求4所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，一台通保护性气体的透光密封性样品腔，包括：机械真空泵、排气阀、保护性气体气瓶、气体质量流量控制器、进气阀、激光增透窗口、样品腔，具体结构如下：样品腔一侧上部设置排气阀，所述样品腔一侧下部通过管路与机械真空泵连通；样品腔另一侧通过管路连接保护性气体气瓶，所述管路上设置气体质量流量控制器、进气阀。

6.根据权利要求4所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，一台夹持薄膜样品、纤维样品和块体样品的样品台，其结构为一侧固定，另一侧为一个水平移动的滑台，对块体样品采用挤压式；对薄片和纤维样品，在滑块与固定块上侧各有一个共轴旋转电机，将样品采用压片的方式固定于电机轴承中心，用计算机控制实现，样品的一维旋转；对于薄膜样品，采用顶端的压片进行固定。

7.根据权利要求4或6所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，一台夹持薄膜样品、纤维样品和块体样品的样品台，包括：水平滑台、压片、可调速电机、纤维夹头、固定台，具体结构如下：水平滑台与固定台相对设置，水平滑台与固定台上分别设置压片、可调速电机、纤维夹头，水平滑台与固定台上的纤维夹头相应。

8.根据权利要求4所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，液氮冷却低温加工台包括：液氮注入口、排气口、隔热材料、不锈钢腔、压片，具体结构如下：不锈钢腔设置于隔热材料中，不锈钢腔一侧下部通过管路连接液氮注入口，不锈钢腔顶部设置排气口和压片，样品通过压片设置于不锈钢腔顶部。

9.根据权利要求1所述的采用汇聚飞秒激光制备原位电镜样品的装置，其特征在于，减震系统，包括一台气浮光学平台和一台气泵，用于安装样品台机械数控移动系统和共轴显微观察定位系统；防护系统包括：一个防护罩，将样品台机械数控移动系统和共轴显微观察定位系统罩起来；一个滤光眼镜，用于操作人员在工作的时候保护眼睛。