CN210778478U - 一种原位透射电镜光学样品杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种原位透射电镜光学样品杆，包括同轴设置并互相连接的样品杆杆身和样品杆杆头，所述样品杆杆头的内部装设有用于搭载样品的三维调节样品台，所述样品杆杆身的尾部通过光学接口连接有平行光束发生器，所述样品杆杆身的内部开设有供平行光束通过的真空通道，所述样品杆杆头的内部正对所述真空通道的尽头设置有与用于接收光束并将光束聚焦后投射到三维调节样品台上的聚透镜；本实用新型实施例中的平行光束通过光学接口并穿过样品杆杆身内部的真空通道照射到聚透镜上，聚透镜将光聚焦后辐照到三维调节样品台附近，通过调节三维调节样品台的位置，可以使光源聚焦到样品指定微区，方便原位观测。

Description

一种原位透射电镜光学样品杆

技术领域

本实用新型实施例涉及透射电镜技术领域，具体涉及一种原位透射电镜光学样品杆。

背景技术

透射电镜是一种高分辨率、高放大倍数的电子显微仪器。随着科技的进步，最先进的透射电镜已经可以实现皮米级别的图像观测，捕捉到清晰的原子像。人们渐渐无法满足于仅仅拍摄透射电镜图片，而是开始研究如何在透射电镜中对样品施加其他激励的同时，原位捕捉这一动态过程。于是诞生出一系列的原位透射电镜样品杆来实现这一功能。原位光学研究一直是原位透射电镜技术中的一个重要研究方向，该方案通过引入光源到透射电镜样品上，原位拍摄样品随激光波长或功率的变化而产生的结构变化，或者原位采集样品反射或散射出的光谱信号。

以往的原位透射电镜光学样品杆有两类，一种是采用LED灯做为光源的原位光学杆，将LED灯集成到样品杆端头，点亮后给样品辐照。这种方案缺点是无法改变光源的波长和功率，另外光照没有聚焦，也没法采集信号。另一种是光纤式原位光学样品杆，采用一根光纤将光引入并辐照在样品上。这种方案虽然可以改变光的波长和功率，但是光纤也没法聚焦光，因此很多需要大功率辐照的研究无法进行，例如原位熔断样品的研究或者需要大功率辐照才会有结构变化的原位研究等等。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种原位透射电镜光学样品杆，以解决现有技术中采用LED灯做为光源的原位光学杆无法改变光波长而采用光纤式原位光学样品杆功率无法实现光纤聚焦的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种原位透射电镜光学样品杆，包括同轴设置并互相连接的样品杆杆身和样品杆杆头，所述样品杆杆头的内部装设有用于搭载样品的三维调节样品台，所述样品杆杆身的尾部通过光学接口连接有平行光束发生器，所述样品杆杆身的内部开设有供平行光束通过的真空通道，所述样品杆杆头的内部正对所述真空通道的尽头设置有与用于接收光束并将光束聚焦后投射到所述三维调节样品台上的聚透镜。

本实用新型实施例的特征还在于，所述三维调节样品台包括固定架、万向调节球以及样品装载台，所述样品装载台的正面设置有样品固定槽，所述万向调节球通过连接柱与所述样品装载台的底面连接，所述固定架垂直安装于所述样品杆杆头上，且所述固定架上设置有用于带动所述万向调节球水平旋转的X轴调节机构以及用于带动所述万向调节球竖直旋转的Y轴调节机构。

本实用新型实施例的特征还在于所述X轴调节机构包括第一L连接板，所述固定架的中部设置有水平支架，所述第一L连接板的一端连接有第一转动轴，所述第一转动轴纵向贯穿所述水平支架并连接有用于驱动所述第一转动轴转动的第一动力端，所述第一L连接板的另一端转动连接有传动杆，所述传动杆与所述万向调节球固定连接。

本实用新型实施例的特征还在于所述Y轴调节机构包括第二L连接板，所述第二L连接板的一端转动套设在所述连接柱上，所述第二L连接板的另一端连接第二转动轴，所述第二转动轴横向贯穿所述固定架的顶部并连接有用于驱动所述第二转动轴第二动力端。

本实用新型实施例的特征还在于所述第一动力端与第二动力端均为旋转电机。

本实用新型实施例的特征还在于所述第一动力端与第二动力端均为设置于所述样品杆杆头外部的旋转止停手柄，所述第一转动轴与第二转动轴分别贯穿所述样品杆杆头的侧面和底部并与外部的旋转止停手柄连接。

本实用新型实施例的特征还在于，所述旋转止停手柄包括固定连接在所述样品杆杆头的止停角度盘以及设置在所述止停角度盘圆心处的定位转柄，所述定位转柄包括与一端与所述第一转动轴以及第二转动轴固定连接的固定段以及与所述固定段的另一端垂直连接的伸缩段，所述伸缩段的端部连接有按压弹出段，所述止停角度盘由外至内设置有若干圈环槽，每一圈所述的环槽内等距开设有若干个与所述按压弹出段的弹出端相匹配的定位孔。

本实用新型实施例的特征还在于，所述平行光束发生器为光纤激光器，所述光纤激光器的输出端安装有准直透镜。

本实用新型实施例的特征还在于，所述样品杆杆身与所述样品杆杆头通过螺栓、螺钉、锁紧顶丝或微型密封法兰连接。

本实用新型实施例的特征还在于，所述聚透镜的最大截面直径大于所述真空通道的直径。

本实用新型实施例具有如下优点：

本实用新型实施例以平行光束发生器为光源，平行光束通过光学接口并穿过样品杆杆身内部的真空通道照射到聚透镜上，聚透镜将光聚焦后辐照到三维调节样品台附近，通过调节三维调节样品台的位置，可以使光源聚焦到样品指定微区，方便原位观测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、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，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，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，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的光学样品杆的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光学样品杆中三维调节样品台的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的光学样品杆中旋转止停手柄的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的光学样品杆中定位转柄的结构示意图。

图中：

1-样品杆杆身；2-样品杆杆头；3-三维调节样品台；4-光学接口；5- 平行光束发生器；6-真空通道；7-聚透镜；

31-固定架；32-万向调节球；33-样品装载台；34-X轴调节机构；35-Y 轴调节机构；36-连接柱；

331-样品固定槽；

341-第一L连接板；342-水平支架；343-第一转动轴；344-传动杆； 345-第一动力端；

351-第二L连接板；352-第二转动轴；353-第二动力端；

81-止停角度盘；82-固定段；83-伸缩段；84-按压弹出段；85-环槽； 86-定位孔。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种原位透射电镜光学样品杆，包括同轴设置并互相连接的样品杆杆身1和样品杆杆头2，样品杆杆头2的内部装设有用于搭载样品的三维调节样品台3，样品杆杆身1的尾部通过光学接口4连接有平行光束发生器5，样品杆杆身1的内部开设有供平行光束通过的真空通道6，样品杆杆头2的内部正对真空通道6的尽头设置有与用于接收光束并将光束聚焦后投射到三维调节样品台3上的聚透镜 7。

本实用新型实施例用于样品原位观测的工作过程为：

首先将样品被搭载在三维调节样品台3上，打开平行光束发生器5 工作，其发出的平行光束通过光学接口4并穿过样品杆杆身1内部的真空通道6照射到聚透镜7上，聚透镜7将光聚焦后辐照到样品附近。通过调节三维调节样品台3的位置，可以使光源聚焦到样品指定微区，方便原位观测。

在上述过程中，平行光束发生器指5的是可以发射出平行光束的光源，其具体的结构可以是自由空间平行光，例如太阳光，也可以是光纤激光器，并在光纤激光器的输出端安装有准直透镜。

光学接口4，为兼容世面上的主流接口，如SMA，FC等等。

三维调节样品台3指的是可以实现在X轴、Y轴方向倾转的样品台，在本实用新型实施例中，如图2所示，三维调节样品台3的具体结构为：所述三维调节样品台3包括固定架31、万向调节球32以及样品装载台33，所述样品装载台33的正面设置有样品固定槽331，所述万向调节球32通过连接柱36与所述样品装载台33的底面连接，所述固定架31 垂直安装于所述样品杆杆头2上，且所述固定架31上设置有用于带动所述万向调节球32水平旋转的X轴调节机构34以及用于带动所述万向调节球32竖直旋转的Y轴调节机构35。

通过X轴调节机构34带动万向调节球32的水平旋转可实现样品装载台33上样品固定槽331一面的X轴倾转(即图2所示样品装载台的左右翻转)，通过Y轴调节机构35可带动万向调节球32的竖直旋转可实现样品装载台33上样品固定槽331一面的Y轴倾转(即图2所示样品装载台的前后翻转)。

进一步地，所述X轴调节机构34包括第一L连接板341，所述固定架31的中部设置有水平支架342，所述第一L连接板341的一端连接有第一转动轴343，所述第一转动轴343纵向贯穿所述水平支架342并连接有用于驱动第一转动轴343转动的第一动力端345，所述第一L连接板 341的另一端转动连接有传动杆344，所述传动杆344与所述万向调节球 32固定连接。

所述Y轴调节机构35包括第二L连接板351，所述第二L连接板 351的一端转动套设在所述连接柱36上，所述第二L连接板351的另一端连接第二转动轴352，所述第二转动轴352横向贯穿所述固定架31的顶部并连接有用于驱动第二转动轴352转动的第二动力端353。

这里的第一动力端345和第二动力端353可以是电力控制的旋转装置，也可以是手动驱动的旋转装置，当第一动力端345和第二动力端353 为旋转电机时，可以将第一动力端345和第二动力端353均与外部的PLC 系统连接，通过控制第一动力端345的旋转带动第一转动轴343旋转，从而使与第一转动轴343连接的第一L连接板341带动传动杆344实现水平旋转，由于传动杆344与万向调节球32固定连接，因此万向调节球 32带动样品装载台33的样品固定槽331一面实现X轴倾转；同理通过控制第二动力端353旋转带动第二转动轴352旋转，从而使与第二转动轴352连接的第二L连接板351转动，进一步带动样品装载台33的样品固定槽331一面实现Y轴倾转。

在本实用新型实施例中当第一动力端和345第二动力端353为手动控制时，如图3和图4所示，所述第一动力端345与第二动力端353优选为设置于所述样品杆杆头2外部的旋转止停手柄，所述第一转动轴343 与第二转动轴352分别贯穿所述样品杆杆头2的侧面和底部并与外部的旋转止停手柄连接。

这里的旋转止停手柄的通过手动旋转带动转动轴转动并在转动至一定位置时可以实现自身位置锁定不发生回转。

具体地结构为：所述旋转止停手柄包括固定连接在所述样品杆杆头2 的止停角度盘81以及设置在所述止停角度盘81圆心处的定位转柄，所述定位转柄包括与一端与所述第一转动轴343以及第二转动轴352固定连接的固定段82以及与所述固定段82的另一端垂直连接的伸缩段83，所述伸缩段83的端部连接有按压弹出段84，所述止停角度盘81由外至内设置有若干圈环槽85，每一圈所述的环槽85内等距开设有若干个与所述按压弹出段84的弹出端相匹配的定位孔86。

由于定位转柄与第一转动轴343以及第二转动轴352直接连接，因此定位转柄的自身转动角度等于第一转动轴343以及第二转动轴352的转动角度，普通的圆柱状的单根手柄其截面较小，对于微小角度的控制不变，因此本实用新型实施例将定位转柄设计成L型结构，增大其转动面积。

伸缩段83的设计可以是简单的伸缩套的结构，实现定位转柄的长度调节可改变其转动面积，而按压弹出段84的具体结构即为现有技术中常见的自动圆珠笔的结构，一次按压使内部笔芯弹出，再次按压实现笔芯回缩，这里的按压弹出段84的弹出端是与定位孔86相匹配的圆柱状，当弹出端伸入到某一个定位孔86内则实现了定位转柄的位置锁定。

止停角度盘81的多圈设计使外圈的定位孔86数量多，相邻的两个定位孔86间的夹角为固定值且角度较小，而内圈的定位孔86数量相对较少，相邻的两个定位孔86之间的夹角也为固定值且角度较大，可适用于不同转动角度的调节与锁定。

例如将外圈的定位孔86数量设计为72个，每相邻两个定位孔86之间的夹角为5度，将内圈的定位孔86数量设计18个，每相邻两个定位孔86之间的夹角为20度，为当定位转柄需要转动较大的角度例如60度时，可直接对应内圈定位孔86旋转通过3个定位孔将按压弹出段84的端部弹出插入即可，当定位转柄需要较小角度的调节例如10度时，可拉长伸缩段83对应外圈的定位孔86旋转通过2个定位孔86将按压弹出段84的端部插入即可。

综上，通过控制第一动力端345和第二动力端353的旋转角度可控制样品固定槽331在X轴或者Y轴方向的倾转角度，当X轴调节机构或者Y轴调节机构单独运行的同时，由于第二L连接板351与连接柱36 的转动连接以及传动杆344与第一L连接板341的转动连接使X轴调节机构34与Y轴调节机构35单独运行互不干涉。

通过制器三维调节样品台3的三维角度直至所述样品固定槽331位于所述聚透镜7的焦点处，使光源聚焦到待观测的样品上。

同时，聚透镜7的最大截面直径大于真空通道6的直径，使通过真空通道6的平行光束能够全部被聚透镜7接收并聚焦。

样品杆杆身1与样品杆杆头2的连接要保证密封性，避免光线泄露，因此样品杆杆身1与样品杆杆头2可以通过螺栓、螺钉、锁紧顶丝或微型密封法兰连接。

另外，本实用新型实施例除了以上大功率辐照功能外，该样品杆还可以实现阴极发光光谱等光谱(CL)学研究。在CL光谱研究中，样品被固定在三维调节样品台3上，透射电镜自带的电子束光源做为激发源，辐照到样品上后样品发光，光源辐照到聚透镜7上，光信号穿过样品杆杆身1内的真空通道6后通过光学接口4，被外接的光谱仪等设备接受并分析光谱。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种原位透射电镜光学样品杆，包括同轴设置并互相连接的样品杆杆身(1)和样品杆杆头(2)，其特征在于，所述样品杆杆头(2)的内部装设有用于搭载样品的三维调节样品台(3)，所述样品杆杆身(1)的尾部通过光学接口(4)连接有平行光束发生器(5)，所述样品杆杆身(1)的内部开设有供平行光束通过的真空通道(6)，所述样品杆杆头(2)的上正对所述真空通道(6)的尽头设置有与用于接收光束并将光束聚焦后投射到所述三维调节样品台(3)上的聚透镜(7)。

2.根据权利要求1所述的一种原位透射电镜光学样品杆，其特征在于，所述三维调节样品台(3)包括固定架(31)、万向调节球(32)以及样品装载台(33)，所述样品装载台(33)的正面设置有样品固定槽(331)，所述万向调节球(32)通过连接柱(36)与所述样品装载台(33)的底面连接，所述固定架(31)垂直安装于所述样品杆杆头(2)上，且所述固定架(31)上设置有用于带动所述万向调节球(32)水平旋转的X轴调节机构(34)以及用于带动所述万向调节球(32)竖直旋转的Y轴调节机构(35)。

3.根据权利要求2所述的一种原位透射电镜光学样品杆，其特征在于，所述X轴调节机构(34)包括第一L连接板(341)，所述固定架(31)的中部设置有水平支架(342)，所述第一L连接板(341)的一端连接有第一转动轴(343)，所述第一转动轴(343)纵向贯穿所述水平支架(342)并连接有用于驱动所述第一转动轴(343)转动的第一动力端(345)，所述第一L连接板(341)的另一端转动连接有传动杆(344)，所述传动杆(344)与所述万向调节球(32)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种原位透射电镜光学样品杆，其特征在于，所述Y轴调节机构(35)包括第二L连接板(351)，所述第二L连接板(351)的一端转动套设在所述连接柱(36)上，所述第二L连接板(351)的另一端连接第二转动轴(352)，所述第二转动轴(352)横向贯穿所述固定架(31)的顶部并连接有用于驱动所述第二转动轴(352)第二动力端(353)。

5.根据权利要求4所述的一种原位透射电镜光学样品杆，其特征在于，所述第一动力端(345)与第二动力端(353)均为旋转电机。

6.根据权利要求4所述的一种原位透射电镜光学样品杆，其特征在于，所述第一动力端(345)与第二动力端(353)均为设置于所述样品杆杆头(2)外部的旋转止停手柄，所述第一转动轴(343)与第二转动轴(352)分别贯穿所述样品杆杆头(2)的侧面和底部并与外部的旋转止停手柄连接。

7.根据权利要求6所述的一种原位透射电镜光学样品杆，其特征在于，所述旋转止停手柄包括固定连接在所述样品杆杆头(2)的止停角度盘(81)以及设置在所述止停角度盘(81)圆心处的定位转柄，所述定位转柄包括与一端与所述第一转动轴(343)以及第二转动轴(352)固定连接的固定段(82)以及与所述固定段(82)的另一端垂直连接的伸缩段(83)，所述伸缩段(83)的端部连接有按压弹出段(84)，所述止停角度盘(81)由外至内设置有若干圈环槽(85)，每一圈所述的环槽(85)内等距开设有若干个与所述按压弹出段(84)的弹出端相匹配的定位孔(86)。

8.根据权利要求1所述的一种原位透射电镜光学样品杆，其特征在于，所述平行光束发生器(5)为光纤激光器，所述光纤激光器的输出端安装有准直透镜。

9.根据权利要求1所述的一种原位透射电镜光学样品杆，其特征在于，所述样品杆杆身(1)与所述样品杆杆头(2)通过螺栓、螺钉、锁紧顶丝或微型密封法兰连接。

10.根据权利要求1所述的一种原位透射电镜光学样品杆，其特征在于，所述聚透镜(7)的最大截面直径大于所述真空通道(6)的直径。

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