本实用新型属于显微成像技术领域，尤其是涉及一种激光显微系统。
背景技术：
激光显微技术是用激光作为光源，对微观尺度的介质进行成像的技术。传统光学显微镜的分辨率受光波长的限制，因此多年来，采用波长较短的粒子(如电子)和波长较短的光子(如X射线)等方法提高分辨率。X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流，是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波。波长较短的X射线能量较大，称为硬X射线，其波长范围约为0.01纳米～0.1纳米；波长较长的X射线能量较小，称为软X射线，波长范围为0.1纳米～10纳米。例如，波长10纳米的软X射线能量约为100电子伏，波长0.01纳米的硬X射线能量高达约10000电子伏。生物单分子是指一些与生命有着密切关系的有机低相对分子量化合物，包括氨基酸、脂肪酸、糖、嘌呤、嘧啶、单核苷酸、卟啉、ATP等高能化合物，由于生物分子结构上1纳米～10纳米范围内的结构细节需进一步阐明，因而出现了多种基于X射线的显微设备。
尽管现如今出现多种激光显微设备，但目前最高分辨率的激光显微镜对样品(即生物分子，也称为待测对象)的细节结构一般也只能通过难以聚焦的超短硬X射线获得，并且容易破坏样品。这样，利用自由电子激光产生的X射线、X射线衍射方法(不需要对样品进行散射后成像)受到青睐。
相比之下，使用软X射线的低分辨率激光显微镜更接近于常规的显微镜。相干软X射线可以通过各种不同的方法产生，而较低的能量往往对样品的破坏性较小。软X射线经过样品散射后，可以通过各种方法(如各种相位波带片法)聚焦，从而产生更常规的样品放大图像。但现有的X射线激光显微镜的性能易受其它因素影响，如因使用环境中存在的残留空气分子导致衰减以及因热效应导致的功率损失等，因而使用效果较差。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种激光显微系统，其结构设计合理且使用操作简便、使用效果好，采用外侧光处理装置将激光束聚焦于待测对象后的光线分为外侧光线和中部光束以便分别进行处理，利用同时获取的外侧光线和中部光束能进一步在提高激光显微系统性能。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种激光显微系统，其特征在于：包括用于将激光束聚焦于待测对象上的后侧激光聚焦装置、供待测对象放置的测试架和位于测试架前侧的后续激光处理装置，所述后续激光处理装置位于待测对象的正前方；所述测试架位于后侧激光聚焦装置前侧，所述待测对象位于后侧激光聚焦装置的聚焦点上；
所述后续激光处理装置包括对所述激光束聚焦于待测对象后产生的外侧光线进行处理的外侧光处理装置、对所述激光束聚焦于待测对象后产生的中部光束进行聚焦的前侧激光聚焦装置和经前侧激光聚焦装置聚焦后的光束进行检测的激光探测装置，所述外侧光处理装置位于待测对象的正前方，所述前侧激光聚焦装置位于外侧光处理装置的正前方或正后方，所述激光探测装置位于前侧激光聚焦装置的正前方；所述外侧光处理装置为衍射装置。
上述一种激光显微系统，其特征是：还包括真空室，所述真空室上设置有供所述激光束穿过的激光入射口；所述后侧激光聚焦装置、测试架和所述后续激光处理装置均位于真空室内，所述后侧激光聚焦装置位于激光入射口的正前方。
上述一种激光显微系统，其特征是：所述前侧激光聚焦装置为位于外侧光处理装置正后方的后聚焦装置，所述外侧光处理装置的中部开有供所述中部光束通过的第一通孔。
上述一种激光显微系统，其特征是：所述前侧激光聚焦装置为位于外侧光处理装置正前方的前聚焦装置，所述激光探测装置为位于外侧光处理装置正后方的第一激光探测装置和安装于外侧光处理装置上的第二激光探测装置；
当激光探测装置为所述第一激光探测装置时，所述外侧光处理装置的中部开有供经前侧激光聚焦装置聚焦后的光束通过的第二通孔；
当激光探测装置为所述第二激光探测装置时，所述外侧光处理装置的中部开有供前侧激光聚焦装置安装的第三通孔。
上述一种激光显微系统，其特征是：所述前侧激光聚焦装置包括外壳和安装在外壳内的激光聚焦组件，所述外壳上设置有激光入射窗和激光出射窗，所述激光出射窗和激光入射窗分别位于所述激光聚焦组件的前后两侧；所述激光聚焦组件包括衍射光栅和对衍射光栅进行冷却的冷却装置，所述衍射光栅为透射光栅且其为圆光栅；所述冷却装置包括布设在衍射光栅周侧的冷却管道。
上述一种激光显微系统，其特征是：还包括对外侧光处理装置处理后的光线进行探测的激光探测设备，所述激光探测设备位于外侧光处理装置后侧。
上述一种激光显微系统，其特征是：还包括与所述激光探测设备连接的衍射测量装置。
上述一种激光显微系统，其特征是：还包括上位机和与激光探测装置连接的成像设备；
所述衍射测量装置和所述成像设备均与上位机连接。
上述一种激光显微系统，其特征是：所述外侧光处理装置的后侧面为光接收面，所述光接收面为曲面或呈竖直向布设的平面；
当所述光接收面为曲面时，所述待测对象与所述光接收面上各位置处的间距均相同；
还包括位于后侧激光聚焦装置与测试架之间的准直器。
上述一种激光显微系统，其特征是：还包括位于真空室外侧且用于产生所述激光束的激光发生器和与真空室连接的抽真空设备，所述激光发生器为X射线发生器；
所述激光探测设备和激光探测装置均为X射线探测设备，所述衍射测量装置为X射线衍射测量装置，所述成像设备为X射线成像设备；
所述真空室的壳体上设置有冷却单元，所述后侧激光聚焦装置的外侧布设有冷却管；
所述抽真空设备包括与真空室上所开通孔连接的抽真空管道和多个由前至后安装于所述抽真空管道的真空泵。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、结构设计合理且使用操作简便，投入成本较低。
2、所采用的前侧激光聚焦装置结构简单、设计合理且加工制作简便、使用操作简便，能简便、快速对衍射光栅的温度以及外壳内的真空度进行调节，并且使用效果好，能简便实现激光聚焦，能简便实现激光聚焦，并能有效减少激光聚焦过程中的功率损失。
3、所采用的真空室、后侧激光聚焦装置和前侧激光聚焦装置均设置有冷却部件，通过冷却能有效减少激光聚焦过程中的功率损失。
4、使用效果好且实用价值高，采用外侧光处理装置将激光束聚焦于待测对象后的光线分为外侧光线和中部光束以便分别进行处理，利用同时获取的外侧光线和中部光束能进一步在提高激光显微系统性能。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型实施例1中激光显微处理装置的工作原理示意图。
图3为本实用新型后侧激光聚焦装置的结构示意图。
图4为本实用新型前侧激光聚焦装置的结构示意图。
图5为本实用新型实施例2中激光显微处理装置的工作原理示意图。
图6为本实用新型实施例3中激光显微处理装置的工作原理示意图。
图7为本实用新型实施例4中激光显微处理装置的工作原理示意图。
图8为本实用新型实施例5中测试架的使用状态参考图。
图9为本实用新型的电路原理框图。
图10为本实用新型实施例6中衍射光栅的结构示意图。
图11为本实用新型实施例7中衍射光栅的结构示意图。
附图标记说明:
1—外壳； 2—衍射光栅； 3—激光入射窗；
4—激光出射窗； 5—冷却管道； 6—环形罩壳；
7—第一温度检测单元； 8—第二温度检测单元； 9—流量控制阀；
10—主控器； 11—压力检测单元； 12—流量检测单元；
13—真空泵； 14—衍射测量装置； 15—上位机；
16—液压泵； 17—激光探测设备； 18—X射线成像设备；
102—后侧激光聚焦装置； 104—准直器； 105—保护罩；
106—外侧光处理装置； 108—待测对象； 110—测试架；
114—前侧激光聚焦装置； 126—激光探测装置； 300—冷却管；
400—真空室； 402—激光入射口；
410—冷却液流通通道； 411—激光发生器。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示，本实用新型激光显微系统，其特征在于：包括用于将激光束聚焦于待测对象108上的后侧激光聚焦装置102、供待测对象108放置的测试架110和位于测试架110前侧的后续激光处理装置，所述后续激光处理装置位于待测对象108的正前方；所述测试架110位于后侧激光聚焦装置102前侧，所述待测对象108位于后侧激光聚焦装置102的聚焦点上；
所述后续激光处理装置包括对所述激光束聚焦于待测对象108后产生的外侧光线进行处理的外侧光处理装置106、对所述激光束聚焦于待测对象108后产生的中部光束进行聚焦的前侧激光聚焦装置114和经前侧激光聚焦装置114聚焦后的光束进行检测的激光探测装置126，所述外侧光处理装置106位于待测对象108的正前方，所述激光探测装置126位于前侧激光聚焦装置114的正前方；所述外侧光处理装置106为衍射装置。
其中，所述后侧激光聚焦装置102、测试架110和所述后续激光处理装置组成激光显微处理装置。
实际使用时，所述前侧激光聚焦装置114位于外侧光处理装置106的正前方或正后方。
本实施例中，所述前侧激光聚焦装置114为位于外侧光处理装置106正后方的后聚焦装置，所述外侧光处理装置106的中部开有供所述中部光束通过的第一通孔。
如图1所示，本实用新型还包括真空室400，所述真空室400上设置有供所述激光束穿过的激光入射口402；所述后侧激光聚焦装置102、测试架110和所述后续激光处理装置均位于真空室400内，所述后侧激光聚焦装置102位于激光入射口402的正前方。
本实施例中，所述真空室400呈水平布设且其为圆柱形或正方体形状，所述激光入射口402位于真空室400的后侧壁中部。
为减少激光的功率损耗，所述真空室400的壳体上设置有冷却单元。
本实施例中，所述冷却单元为布设于真空室400的外壳上的冷却液流通通道410。
本实施例中，所述真空室400的壳体为双层壳体，所述冷却液流通通道410位于所述双层壳体之间的空腔内。
由于所述激光光源的光束尺寸明显大于待测对象108的尺寸，因而采用后侧激光聚焦装置102对所述激光束进行聚焦。为进一步减少激光功率损耗，所述后侧激光聚焦装置102的外侧布设有冷却管300，详见图3。
所述冷却液流通通道410的一端为进液端且其另一端为出液端，所述冷却管300的一端为进液端且其另一端为出液端，所述冷却液流通通道410和冷却管300的进液端均与冷却液存储装置的出液口连接且二者的出液端与所述冷却液存储装置的进液口连接。
如图4所示，所述前侧激光聚焦装置114包括外壳1和安装在外壳1内的激光聚焦组件，所述外壳1上设置有激光入射窗3和激光出射窗4，所述激光出射窗4和激光入射窗3分别位于所述激光聚焦组件的前后两侧；所述激光聚焦组件包括衍射光栅2和对衍射光栅2进行冷却的冷却装置，所述衍射光栅2为透射光栅且其为圆光栅；所述冷却装置包括布设在衍射光栅2周侧的冷却管道5。
本实施例中，所述冷却管道5的两端均伸出至外壳1外侧，所述冷却管道5的一端为进液端且其另一端为出液端，所述冷却管道5的进液端与冷却液存储装置的出液口连接，所述冷却管道5的出液端与所述冷却液存储装置的进液口连接。
本实施例中，所述冷却管道5沿衍射光栅2的外边缘线布设，所述激光聚焦组件还包括安装在衍射光栅2外侧的环形罩壳6，所述冷却管道5罩装在环形罩壳6内，所述环形罩壳6底部开有两个供冷却管道5两端穿出的通孔。
并且，所述外壳1底部开有两个供冷却管道5两端穿出的管道安装孔。
本实施例中，所述激光聚焦组件的数量为一个。
本实施例中，所述激光聚焦组件卡装在外壳1内，拆装非常简便。
实际使用时，所述激光聚焦组件也可以采用紧固件固定在外壳1内。
本实施例中，所述激光聚焦组件与外壳1呈垂直布设，所述激光入射窗3位于所述激光聚焦组件的正后方，所述激光出射窗4位于所述激光聚焦组件的正前方。
本实施例中，所述衍射光栅2包括光栅板，所述光栅板上设置有多道呈同心布设的圆形栅线；所述光栅板为圆形或正方形。
如图9所示，本实用新型还包括三个第一温度检测单元7和三个第二温度检测单元8，三个所述第一温度检测单元7分别对真空室400内部温度、后侧激光聚焦装置102的外侧壁温度和衍射光栅2的外侧温度分别进行实时检测，三个所述第二温度检测单元8分别对冷却液流通通道410、冷却管300和冷却管道5的出液端的冷却液温度进行实时检测。三个所述第一温度检测单元7和三个所述第二温度检测单元8均与主控器10，所述冷却液流通通道410、冷却管300和冷却管道5上均安装有由主控器10进行控制的电磁控制阀和液压泵16。
为减少热效应对激光带来的不良影响，将真空室400内部温度控制在20℃以下；并将后侧激光聚焦装置(102)的外侧壁温度和衍射光栅2的外侧温度均控制在4K～20K(即开尔文)，在该温度下，能有效减少聚焦过程中对激光造成的损害，提高聚焦效果，以进一步提高激光显微的分辨率。
本实施例中，所述冷却液为液氮，也可以采用其它类型的冷却液。
为进一步减少激光的功率损耗，本实用新型还包括位于真空室400外侧且用于产生所述激光束的激光发生器411和与真空室400连接的抽真空设备，所述抽真空设备包括与真空室400上所开通孔连接的抽真空管道和多个由前至后安装于所述抽真空管道的真空泵13。
本实施例中，所述真空泵13的数量为三个。
实际使用时，可根据具体需要，对真空泵13的数量进行相应调整。
多个所述真空泵13组成多级抽真空系统，并将真空室400内的真空度进行调整为10Torr～13Torr，这样在保证聚焦后激光光斑尺寸为几纳米的同时，能有效减少激光聚焦过程中的功率损失
本实施例中，本实用新型还包括对外壳1内压力进行实时检测的压力检测单元11，所述冷却液流通通道410、冷却管300和冷却管道5上均装有流量检测单元12，所述压力检测单元11和流量检测单元12均与主控器10连接。
实际使用时，所述激光束照射在待测对象108上的照射时间为10s-17s，这样既可以使待测对象108向外爆炸，以便对内部细节结构进行阐明；并且爆炸持续时间内不会发生移动，同时也不会完全破坏待测对象108。
本实施例中，本实用新型还包括位于后侧激光聚焦装置102与测试架110之间的准直器104。
并且，所述准直器104位于真空室400内且其为针孔准直器。
同时，本实用新型还包括位于真空室400外侧且用于产生所述激光束的激光发生器411。
所述激光发生器411为激光光源，所述激光光源为利用激发态粒子在受激辐射作用下发光的电光源且其为一种相干光源。
实际使用时，所述激光光源可以为发生平行光线的平行光源，也可以为点光源，使用方式灵活。进入激光入射口402的所述激光束为平行光。
结合图9，本实用新型还包括对外侧光处理装置106处理后的光线进行探测的激光探测设备17，所述激光探测设备17位于外侧光处理装置106后侧。
所述激光探测设备17位于真空室400内。
并且，本实用新型还包括与所述激光探测设备17连接的衍射测量装置14。
所述外侧光处理装置106的后侧面为光接收面。本实施例中，所述光接收面为呈竖直向布设的平面。
本实施例中，所述外侧光处理装置106为衍射装置，并且外侧光处理装置106为衍射镜，所述衍射镜为平板镜且其呈竖直向布设。
同时，本实用新型还包括上位机15和与激光探测装置126连接的成像设备；
所述衍射测量装置14和所述成像设备均与上位机15连接。
相应地，所述主控器10与上位机连接。
本实施例中，所述激光发生器411为X射线发生器。
因而，所述激光束为X射线束。实际使用时，也可以采用其它类型的激光束。
本实施例中，所述X射线激光器为自由电子激光器、毛细管放电软X射线激光器、固体板条激光器、等离子体激光器等。实际使用时，所述激光发生器411也可以采用其它类型的软X射线激光器和硬X射线激光器。
本实施例中，所述激光探测设备17和激光探测装置126均为X射线探测设备，所述衍射测量装置14为X射线衍射测量装置，所述成像设备为X射线成像设备18；
本实施例中，所述测试架110呈竖直向布设。
由上述内容可知，采用本实用新型可同时获取所述激光束聚焦于待测对象108后产生的外侧光线和所述激光束聚焦于待测对象108后产生的中部光束，并能对所获取的外侧光线和所述中部光束分别进行处理。所述外侧光线和所述中部光束均为经待测对象108衍射或散射的光线。对比可知，由于所述外侧光线为经的衍射或散射角度更大，相应能传递待测对象108中较小尺度的细节结构信息；而完全穿过待测对象108且衍射或散射角度较小的所述中部光束，能传递待测对象108中较大尺度的结构信息，更倾向于用于获得低分辨率的影像数据。因而，所述衍射测量装置14将所获得的衍射数据同步传送至上位机15，同时所述成像设备将所获得的影像数据同步传送至上位机15，技术人员综合所接收到的衍射数据和影像数据，能更细致、完全地了解待测对象108的结构，从而提高激光显微系统性能。而现有的激光显微设备通常仅对所述中部光束进行处理，而忽略所述外侧光线，而性能差。
实施例2
如图5所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述光接收面为曲面，所述待测对象108与所述光接收面上各位置处的间距均相同。
这样，经待测对象108衍射或散射的各个角度的外侧光线到达所述光接收面的距离均相等，因而能进一步提高激光显微系统性能。
本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例3
如图6所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述前侧激光聚焦装置114为位于外侧光处理装置106正前方的前聚焦装置，所述激光探测装置126为位于外侧光处理装置106正后方的第一激光探测装置；所述外侧光处理装置106的中部开有供经前侧激光聚焦装置114聚焦后的光束通过的第二通孔。
本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例4
如图7所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述前侧激光聚焦装置114为位于外侧光处理装置106正前方的前聚焦装置，所述激光探测装置126为安装于外侧光处理装置106上的第二激光探测装置；所述外侧光处理装置106的中部开有供前侧激光聚焦装置114安装的第三通孔。
本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例5
如图8所示，本实施例中，与实施例1不同的是：为保护待测对象108，在待测对象108外侧罩装有保护罩105，所述保护罩105的前侧开有光入射口且其后侧开有光出射口。
本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例6
如图10所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述衍射光栅2的光栅板上贴有不透光薄膜(也称掩膜)，所述不透光薄膜的中部开有一个中心圆孔，所述不透光薄膜上还开有多个呈同心布设的圆环形孔，多个所述圆环形孔均布设于所述中心圆孔外侧，多个所述圆环形孔均与所述中心圆孔呈同轴布设且其宽度由外至内逐渐减小。
本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
实施例7
如图11所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述衍射光栅2的光栅板上贴有不透光薄膜(也称掩膜)，所述不透光薄膜的中部开有一个圆形中心孔，所述不透光薄膜上由内至外开有多组外侧圆孔，每组所述外侧圆孔均包括多个沿圆周方向均匀布设的外侧圆孔。
本实施例中，所述不透光薄膜上开有两组所述外侧圆孔。实际使用时，可根据具体需要，对所述外侧圆孔的组数和各组所述外侧圆孔的布设位置分别进行相应调整。
本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。