CN217112081U

CN217112081U - 一种电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置

Info

Publication number: CN217112081U
Application number: CN202220470108.7U
Authority: CN
Inventors: 王贺; 刘亚琪; 何超; 魏倩
Original assignee: Beijing Jinjing Science And Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Jinjing Science And Technology Co ltd
Priority date: 2022-03-03
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2032-03-03

Abstract

本实用新型公开了一种电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置。本实用新型设置在电子束激发阴极荧光光谱系统中光路传输装置进入至光谱仪之前，包括信号转接板、连接模块外罩、二维转接板、滤光片轮、片轮旋转装置、透镜、光电倍增管PMT探头以及移动模块；本实用新型通过巧妙设计，能够在电子激发的阴极荧光进入光谱仪前无损失的进入PMT探头用于全谱成像，减少了来自反射镜或透镜带来的损失；并且切换简便，切换稳定，重复性好。

Description

一种电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置

技术领域

本实用新型涉及电子束激发阴极荧光技术，具体涉及一种电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置。

背景技术

电子束激发的阴极荧光信号，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。针对该系统的阴极荧光传导部分，即传递和分配电子束激发的阴极荧光信号的中间装置；阴极荧光信号由光纤传导到该中间装置，该中间装置通常为光谱仪，该中间装置通过无损反射技术和无损聚焦技术以最大效率传递极其微小的光信号；由光纤出射后光会发散，进入光谱仪后光通常需要经过第一次反射为凹面镜反射将发散光变为平行光，第二次反射为光栅反射将平行光反射为不同角度的单谱光，第三次反射为凹面镜反射将特定角度的单谱光聚焦到探测器上，探测器通常为两种，一种为用于光谱显示成像的探测器，另一种为用于光谱采集谱图的探测器；为获得不同波长或能量的光谱图和单谱成像，使用光谱仪是常用方法，然而在获取全谱成像时使用光谱仪就会有一些问题，虽然光谱仪也可以得到全谱成像，但是会把原有光信号进行衰减，通常光经多次反射和聚焦后，光信号的强度会有不同程度的衰减，一次反射的通过率大约在80％，光信号通过三次反射后将降到原来强度的一半，在用于全谱显示成像时会出现无法获取信噪比强的图像情况。

发明内容

为了实现阴极荧光系统中的高衬度的全谱成像，本实用新型提出了一种电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置，实现阴极荧光信号获取的最大化，并近似无损失的将阴极荧光信号传输给光谱仪，且能够实现快速切换。

待测样品和阴极荧光探头位于扫描电子显微镜系统的真空样品室内，阴极荧光探头的出光孔通过光路传输装置连接至光谱仪，光谱仪通过信号线连接至信号处理系统，信号处理系统连接至计算机，在扫描电子显微镜系统内，电子束作用待测样品产生阴极荧光；阴极荧光探头收集阴极荧光传输至光谱仪；本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置设置在光路传输装置进入至光谱仪之前，连接阴极荧光探头的出光孔的光路传输装置末端与光谱仪之间的连线为光轴。

本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置包括：连接模块外罩、二维转接板、滤光片轮、片轮旋转装置、透镜、光电倍增管PMT探头以及移动模块；其中，连接模块外罩为一个内部具有空腔且不透光的壳体，滤光片轮、片轮旋转装置、透镜、PMT探头以及移动模块均位于连接模块外罩内，连接模块外罩的前侧壁和后侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔；二维转接板的中心开设有固定通孔，二维转接板安装在连接模块外罩面对阴极荧光探头的外侧壁上，固定通孔正对连接模块外罩的入光孔，连接阴极荧光探头的光路传输装置末端固定在固定通孔上；滤光片轮为圆盘状，在圆盘上开设有关于圆心呈中心对称的N个沉孔，N≥4，在N-1个沉孔内装配有不同波长的滤光片，一个沉孔空置不装配滤光片，滤光片轮通过片轮旋转装置安装在连接模块外罩的内壁上，片轮旋转装置能够带动滤光片轮围绕圆盘轴心旋转，分别使得相应的滤光片的圆心通过光轴；PMT探头安装在移动装置上，PMT探头通过移动装置移入或移出光轴；PMT探头通过信号线连接至外部的信号处理系统；透镜的轴与光轴同轴且位于距连接模块外罩的出光口的一倍焦距位置；信号转接板安装在连接模块外罩的侧壁上；片轮旋转装置和移动模块通过信号线连接至计算机；PMT探头通过信号线连接至信号处理系统。

进一步，本实用新型还包括信号转接板，信号转接板包括：舵机控制电路板、模块侧板、直流接头、信号转接头、信号转接小板以及刺刀螺母连接器BNC转接头；其中，模块侧板为一个平板，开设有第一、第二和第三通孔，在连接模块外罩的侧壁上开设有安装孔，模块侧板通过安装孔固定安装在连接模块外罩的侧壁上；舵机控制电路板固定在模块侧板的内侧平面上，信号转接头固定在模块侧板的第二通孔中，舵机控制电路板通过信号线连接至信号转接头，片轮旋转装置的第一舵机和移动模块的第二舵机通过信号线连接至舵机控制电路，信号转接头经信号线连接至外部的计算机；直流接头固定在模块侧板的第一通孔中，舵机控制电路板通过直流接头经电源线连接至外部的电源；信号转接小板固定在模块侧板的第三通孔中，信号转接小板为一个平板其上开有两个通孔，分别装有两个BNC转接头，BNC转接头内侧与PMT探头相连接，外侧通过信号线与信号处理系统相连接。

连接模块外罩包括：模块侧壁、上盖板和下盖板；其中，模块侧壁由四面侧壁围成，不具有上底和下底，在模块侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔；在模块侧壁的上面和下面分别设置有上盖板和下盖板；在模块侧壁上开有一个安装孔，信号转接板内嵌至安装孔从而固定在模块侧壁上。

片轮旋转装置包括：小齿轮、第一支架、安装竖板以及第一舵机；其中，第一支架安装在连接模块外罩内的底部，在第一支架固定位于竖直平面的安装竖板；滤光片轮的轴承安装在安装竖板上；小齿轮内嵌有轴承，小齿轮的轴承的一侧与安装竖板连接，另一侧与第一舵机的联轴器连接；第一舵机固定在第一支架上；滤光片轮的外边缘为齿状，小齿轮与滤光片轮的边缘啮合；第一舵机驱动小齿轮，通过小齿轮驱动滤光片轮旋转。

移动模块包括：第二支架、丝杠、PMT座、第二舵机、导轨、滑块以及第三支架；其中，第二支架刚性安装在连接模块外罩内壁上，第二舵机、导轨和透镜分别安装在第二支架上，滑块内嵌在导轨内并能够沿着导轨滑动，第三支架固定在滑块上，在第三支架上安装PMT座，PMT探头安装在PMT座上；丝杠的一端连接第二舵机，丝杠另一端通过丝杠螺母连接至第三支架，通过第二舵机驱动丝杠运动以带动第三支架移动，从而控制PMT探头移入或移出光路。

光路传输装置采用光纤或光导管。

在扫描电子显微镜系统内，电子束作用待测样品产生阴极荧光；阴极荧光探头收集阴极荧光，经光路传输装置传输至连接装置的二维转接板进入至连接装置内，通过片轮旋转装置调节滤光片轮，使其通过一个滤光片的中心，筛选设定的窄带波长；通过控制移动装置使得PMT探头移动到光轴，阴极荧光经滤光片滤光后传输至PMT探头；PMT探头将接收的阴极荧光转化为电流信号，然后经过信号线传输到信号处理模块变为放大的电压信号，再传输给计算机处理后得到单谱成像；或者，调节滤光片轮，使得阴极荧光通过空置的沉孔中心，经PMT探头接收，并通过信号处理模块后再传输给计算机处理，得到全谱成像；通过控制移动装置使PMT探头移出光轴，阴极荧光经透镜聚焦后全部传输至光谱仪；最终传输给计算机处理生成光谱图，即二维谱图或是光谱仪分光后的单谱与全谱图像。

本实用新型的优点：

本实用新型通过巧妙设计，能够在电子激发的阴极荧光进入光谱仪前无损失的进入PMT探头用于全谱成像，减少了来自反射镜或透镜带来的损失；并且切换简便，切换稳定，重复性好。

附图说明

图1为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置的一个实施例的示意图，(a)为俯视图，(b)为内部示意图；

图2为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置的一个实施例的信号转接板的爆炸图；

图3为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置的一个实施例的连接模块外罩的爆炸图；

图4为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置的一个实施例的滤光片轮和片轮旋转装置的示意图，其中，(a)为正视图，(b)为侧视图；

图5为本实用新型的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置的一个实施例的移动模块的爆炸图。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实施例的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置包括：信号转接板1、连接模块外罩2、二维转接板3、滤光片轮4、片轮旋转装置5、透镜6、PMT探头7以及移动模块8；其中，连接模块外罩2为一个内部具有空腔且不透光的壳体，滤光片轮4、片轮旋转装置5、透镜6、PMT探头7以及移动模块8均位于连接模块外罩2内，连接模块外罩2的前侧壁和后侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔；二维转接板3的中心开设有固定通孔，二维转接板3安装在连接模块外罩2面对阴极荧光探头的外侧壁上，固定通孔正对连接模块外罩2的入光孔，连接阴极荧光探头的光纤末端固定在固定通孔上；滤光片轮4为圆盘状，在圆盘上开设有关于圆心呈中心对称的N个沉孔，N≥4，在N-1个沉孔内装配有不同波长的滤光片，一个沉孔空置不装配滤光片，滤光片轮4通过片轮旋转装置5安装在连接模块外罩2的内壁上，片轮旋转装置5能够带动滤光片轮4围绕圆盘轴心旋转，分别使得相应的滤光片的圆心通过光轴；PMT探头7安装在移动装置上，PMT探头7通过移动装置移入或移出光轴；PMT探头7通过信号线连接至外部的信号处理系统；透镜6的轴与光轴同轴且位于距连接模块外罩的出光口的一倍焦距位置；在连接模块外罩2的既不面对阴极荧光探头也不面对光谱仪的侧壁上开设有安装孔，信号转接板1通过安装孔安装在连接模块外罩2的侧壁上；片轮旋转装置5和移动模块8通过信号转接板1连接至计算机；连接PMT探头7的信号线通过信号转接板1连接至信号处理系统。

如图2所示，信号转接板1包括：舵机控制电路板11、模块侧板12、直流接头13、信号转接头14、信号转接小板15以及刺刀螺母连接器BNC转接头16；其中，模块侧板12为一个平板，开设有第一、第二和第三通孔，模块侧板12通过安装孔固定安装在连接模块外罩的侧壁上；舵机控制电路板11固定在模块侧板12的内侧平面上，信号转接头14固定在模块侧板12的第二通孔中，舵机控制电路板11通过信号线连接至信号转接头14，片轮旋转装置的第一舵机和移动模块的第二舵机通过舵机控制电路和信号转接头14经信号线连接至外部的计算机；直流接头固定在模块侧板12的第一通孔中，舵机控制电路板11通过直流接头13经电源线连接至外部的电源；信号转接小板15为一个平板其上开有两个通孔，分别装有两个BNC转接头16，BNC转接头16内侧与PMT探头相连接，外侧通过信号线与信号处理系统相连接，信号转接小板15固定在连接模块外罩的模块侧板12的第三通孔中。

如图3所示，连接模块外罩2包括：模块侧壁22、上盖板21和下盖板23；其中，模块侧壁由四面侧壁围成，不具有上底和下底，在模块侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔；在模块侧壁的上面和下面分别设置有上盖板和下盖板；在模块侧壁上开有一个安装孔，信号转接板内嵌至安装孔从而固定在模块侧壁上的孔内。

如图4所示，片轮旋转装置包括：小齿轮51、第一支架52、安装竖板以及第一舵机53；其中，第一支架52安装在连接模块外罩内的底部，第一支架52包括第一平台和第二平台，在第二平台上的外沿固定安装竖板，安装竖板包括两个平行且位于竖直平面的第一竖板和第二竖板；滤光片轮4的轴承安装在第一支架52的第一竖板上；小齿轮51内嵌有轴承，一侧与第一支架52的第二竖板连接，另一侧与第一舵机53的联轴器连接；第一舵机53固定在第一支架52的第一平台与第二平台的台阶处；滤光片轮4的外边缘为齿状，小齿轮51与滤光片轮的边缘啮合。

移动模块包括：第二支架81、丝杠82、PMT座83、第二舵机84、导轨、滑块85以及第三支架86；其中，第二支架81刚性安装在连接模块外罩内壁上，透镜安装在透镜支架87内，第二舵机84、导轨和透镜支架87分别安装在第二支架81上，滑块85内嵌在导轨内并能够沿着导轨滑动，第三支架86固定在滑块85上，在第三支架86上安装PMT座83，PMT探头安装在PMT座83上；丝杠82的一端连接第二舵机84，丝杠82另一端通过丝杠82螺母连接至第三支架86，通过第二舵机84驱动丝杠82运动以带动第三支架86移动，从而控制PMT探头移入或移出光路。

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实用新型，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型不应局限于实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims

1.一种电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置，待测样品和阴极荧光探头位于扫描电子显微镜系统的真空样品室内，阴极荧光探头的出光孔通过光路传输装置连接至光谱仪，光谱仪通过信号线连接至信号处理系统，信号处理系统连接至计算机，在扫描电子显微镜系统内，电子束作用待测样品产生阴极荧光；阴极荧光探头收集阴极荧光传输至光谱仪；所述电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置设置在光路传输装置进入至光谱仪之前，连接阴极荧光探头的出光孔的光路传输装置末端与光谱仪之间的连线为光轴，其特征在于，所述电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置包括：连接模块外罩、二维转接板、滤光片轮、片轮旋转装置、透镜、光电倍增管PMT探头以及移动模块；其中，连接模块外罩为一个内部具有空腔且不透光的壳体，滤光片轮、片轮旋转装置、透镜、PMT探头以及移动模块均位于连接模块外罩内，连接模块外罩的前侧壁和后侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔；二维转接板的中心开设有固定通孔，二维转接板安装在连接模块外罩面对阴极荧光探头的外侧壁上，固定通孔正对连接模块外罩的入光孔，连接阴极荧光探头的光路传输装置末端固定在固定通孔上；滤光片轮为圆盘状，在圆盘上开设有关于圆心呈中心对称的N个沉孔，N≥4，在N-1个沉孔内装配有不同波长的滤光片，一个沉孔空置不装配滤光片，滤光片轮通过片轮旋转装置安装在连接模块外罩的内壁上，片轮旋转装置能够带动滤光片轮围绕圆盘轴心旋转，分别使得相应的滤光片的圆心通过光轴；PMT探头安装在移动装置上，PMT探头通过移动装置移入或移出光轴；PMT探头通过信号线连接至外部的信号处理系统；透镜的轴与光轴同轴且位于距连接模块外罩的出光口的一倍焦距位置；信号转接板安装在连接模块外罩的侧壁上；片轮旋转装置和移动模块通过信号线连接至计算机；PMT探头通过信号线连接至信号处理系统。

2.如权利要求1所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置，其特征在于，还包括信号转接板，所述信号转接板包括：舵机控制电路板、模块侧板、直流接头、信号转接头、信号转接小板以及刺刀螺母连接器BNC转接头；其中，模块侧板为一个平板，开设有第一、第二和第三通孔，在连接模块外罩的侧壁上开设有安装孔，模块侧板通过安装孔固定安装在连接模块外罩的侧壁上；舵机控制电路板固定在模块侧板的内侧平面上，信号转接头固定在模块侧板的第二通孔中，舵机控制电路板通过信号线连接至信号转接头，片轮旋转装置的第一舵机和移动模块的第二舵机通过信号线连接至舵机控制电路，信号转接头经信号线连接至外部的计算机；直流接头固定在模块侧板的第一通孔中，舵机控制电路板通过直流接头经电源线连接至外部的电源；信号转接小板固定在模块侧板的第三通孔中，信号转接小板为一个平板其上开有两个通孔，分别装有两个BNC转接头，BNC转接头内侧与PMT探头相连接，外侧通过信号线与信号处理系统相连接。

3.如权利要求1所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置，其特征在于，所述连接模块外罩包括：模块侧壁、上盖板和下盖板；其中，模块侧壁由四面侧壁围成，不具有上底和下底，在模块侧壁上且位于光轴的位置分别开设有入光孔和出光孔；在模块侧壁的上面和下面分别设置有上盖板和下盖板；在模块侧壁上开有一个安装孔，信号转接板内嵌至安装孔从而固定在模块侧壁上。

4.如权利要求1所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置，其特征在于，所述片轮旋转装置包括：小齿轮、第一支架、安装竖板以及第一舵机；其中，第一支架安装在连接模块外罩内的底部，在第一支架固定位于竖直平面的安装竖板；滤光片轮的轴承安装在安装竖板上；小齿轮内嵌有轴承，小齿轮的轴承的一侧与安装竖板连接，另一侧与第一舵机的联轴器连接；第一舵机固定在第一支架上；滤光片轮的外边缘为齿状，小齿轮与滤光片轮的边缘啮合；第一舵机驱动小齿轮，通过小齿轮驱动滤光片轮旋转。

5.如权利要求1所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置，其特征在于，所述移动模块包括：第二支架、丝杠、PMT座、第二舵机、导轨、滑块以及第三支架；其中，第二支架刚性安装在连接模块外罩内壁上，第二舵机、导轨和透镜分别安装在第二支架上，滑块内嵌在导轨内并能够沿着导轨滑动，第三支架固定在滑块上，在第三支架上安装PMT座，PMT探头安装在PMT座上；丝杠的一端连接第二舵机，丝杠另一端通过丝杠螺母连接至第三支架，通过第二舵机驱动丝杠运动以带动第三支架移动，从而控制PMT探头移入或移出光路。

6.如权利要求1所述的电子束激发阴极荧光光谱系统的连接装置，其特征在于，所述光路传输装置采用光纤或光导管。