一种快速成像系统以及透射电子显微镜

本技术涉及电子显微镜，尤其涉及一种快速成像系统以及透射电子显微镜。

背景技术：

1、目前，透射电子显微镜在高空间分辨成像领域已有了比较广泛的应用，其高空间分辨能力使其可以在原子尺度上进行探测，已在材料科学、物理、半导体科学和生物等重要科研领域获得了丰硕的成果。而偏转器是透射电子显微镜成像系统中超快相机的重要组成部分，它决定了成像的质量。图像生成过程是电子束由电子枪发射，然后由偏转器生成的电场或磁场偏转并击中超快相机屏幕以产生图像。

2、根据电动力学理论，运动电子束在不同的激励源下，如电场偏转或磁场偏转，其运动状态会发生变化。偏转器就以此原理制造。且根据不同的激励源，偏转器可分为静电偏转器和磁偏转器。其中，静电偏转器是由施加有一定电压的中心对称的多电极组合而成；磁偏转器通常是由旋转对称的几何磁铁和通电线圈组成。由于静电偏转器基本上只受极板电容和驱动电路输出电压的影响，因此它的偏转速度比磁偏转器快，但是现有的静电偏转器的时间分辨能力依然有限。而磁偏转器的偏转灵敏度更好，受畸变的影响也更小；但由于磁芯的结构原因，偏转器的感抗比较大，难以实现高频扫描。

3、因此，如何提高透射电子显微镜的高空间分辨成像能力，并在保持高空间分辨率的同时提高透射电子显微镜的时间分辨能力，获得高时空解析度的图像、优化成像系统已成为透射电子显微镜的重要研究课题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种快速成像系统。

2、本实用新型的目的之二在于提供一种包含快速成像系统的透射电子显微镜。

3、本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

4、一种快速成像系统，应用于透射电子显微镜，包括沿z轴方向依次同轴布设的发射单元、磁透镜、静电偏转器以及成像单元；所述发射单元用于发射电子；所述磁透镜用于将入射的电子束以平行光束的形式出射；

5、所述静电偏转器包括多对相互平行的偏转板，所有所述偏转板组合形成供平行光束穿过的通道，且每个所述偏转板连接有单独用于驱动所述偏转板的驱动电路，用于在xy方向上改变通过所述通道的电子束的离轴距离；

6、所述成像单元正对所述通道，用于观察经所述通道出射的电子束斑的位置。

7、进一步地，所述发射单元包括同轴依次分布的电子枪、韦氏帽、阳极、会聚镜以及会聚镜光阑；所述电子枪用于作为成像的电子源；所述韦氏帽用于聚焦电子；所述阳极用于提供加速电压，使电子束加速通过光轴；所述会聚镜用于将电子束聚焦到所述磁透镜的焦点位置；所述会聚镜光阑用于限制所述电子枪发射的电子剂量。

8、进一步地，所述静电偏转器包括两对相互平行的所述偏转板，且每个所述偏转板所连接的所述驱动电路包括电压可调电源。

9、进一步地，每个所述电压可调电源设有n种电压状态，任一所述偏转板在n种电压的组合下进行开关，使整个所述静电偏转器拥有4n个不同的偏转板开关状态。

10、进一步地，所述偏转板为铜制板。

11、进一步地，所述静电偏转器还连接有信号发生器，所述信号发生器根据自定义的时序参数驱动所述静电偏转器。

12、进一步地，所述时序参数包括所述静电偏转器的开关模式、曝光时间以及触发延迟时间。

13、进一步地，所述成像单元包括荧光屏以及拍摄装置，所述荧光屏正对所述通道，并确保电子束将依次偏转到荧光屏每个指定区域；所述拍摄装置设在所述荧光屏的下方用于对所述荧光屏上的电子束斑进行拍摄。

14、进一步地，所述信号发生器由所述拍摄装置触发，使所述拍摄装置的曝光与所述静电偏转器的偏转同步。

15、本实用新型的目的之二采用如下技术方案实现：

16、一种透射电子显微镜，包括如上述的快速成像系统。

17、相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

18、(1)提升了时间分辨能力

19、本实用新型的静电偏转系统可以在单个时间节点上多次改变电磁场状态，使其能够在4×4子帧中分配时间；即偏转板在各自的驱动电路控制下在同样的单位时间中可以输出4×4＝16幅图像，时间分辨能力达到原来的16倍；

20、(2)偏转系统具有高速、高精度、可编程性和无过冲的特点

21、本实用新型的每个偏转板都可以由具有4个可调值的单独的驱动电路控制，整个控制电路有256个开关状态，可以精确控制电子束的偏转和扫描路径；同时，每个输出级允许在任何时候将四个直流电源中的任何一个连接到其输出，在调整了四个直流电源开启状态的开关时间后，切换输出状态时出现的过冲现象可以大大消除。

技术特征：

1.一种快速成像系统，其特征在于，应用于透射电子显微镜，包括沿z轴方向依次同轴布设的发射单元、磁透镜、静电偏转器以及成像单元；所述发射单元用于发射电子；所述磁透镜用于将入射的电子束以平行光束的形式出射；

2.根据权利要求1所述的快速成像系统，其特征在于，所述发射单元包括同轴依次分布的电子枪、韦氏帽、阳极、会聚镜以及会聚镜光阑；所述电子枪用于作为成像的电子源；所述韦氏帽用于聚焦电子；所述阳极用于提供加速电压，使电子束加速通过光轴；所述会聚镜用于将电子束聚焦到所述磁透镜的焦点位置；所述会聚镜光阑用于限制所述电子枪发射的电子剂量。

3.根据权利要求1所述的快速成像系统，其特征在于，所述静电偏转器包括两对相互平行的所述偏转板，且每个所述偏转板所连接的所述驱动电路包括电压可调电源。

4.根据权利要求3所述的快速成像系统，其特征在于，每个所述电压可调电源设有n种电压状态，任一所述偏转板在n种电压的组合下进行开关，使整个所述静电偏转器拥有4n个不同的偏转板开关状态。

5.根据权利要求3所述的快速成像系统，其特征在于，所述偏转板为铜制板。

6.根据权利要求3所述的快速成像系统，其特征在于，所述静电偏转器还连接有信号发生器，所述信号发生器根据自定义的时序参数驱动所述静电偏转器。

7.根据权利要求6所述的快速成像系统，其特征在于，所述时序参数包括所述静电偏转器的开关模式、曝光时间以及触发延迟时间。

8.根据权利要求6所述的快速成像系统，其特征在于，所述成像单元包括荧光屏以及拍摄装置，所述荧光屏正对所述通道，并确保电子束将依次偏转到荧光屏每个指定区域；所述拍摄装置设在所述荧光屏的下方用于对所述荧光屏上的电子束斑进行拍摄。

9.根据权利要求8所述的快速成像系统，其特征在于，所述信号发生器由所述拍摄装置触发，使所述拍摄装置的曝光与所述静电偏转器的偏转同步。

10.一种透射电子显微镜，其特征在于，包括如权利要求1～9任一所述的快速成像系统。

技术总结
本技术公开了一种快速成像系统以及透射电子显微镜，成像系统包括沿Z轴方向依次同轴布设的发射单元、磁透镜、静电偏转器以及成像单元；所述发射单元用于发射电子；所述磁透镜用于将入射的电子束以平行光束的形式出射；所述静电偏转器包括多对相互平行的偏转板，所有所述偏转板组合形成供平行光束穿过的通道，且每个所述偏转板连接有单独用于驱动所述偏转板的驱动电路，用于在XY方向上改变通过所述通道的电子束的离轴距离；所述成像单元正对所述通道，用于观察经所述通道出射的电子束斑的位置。本技术可以提升透射电子显微镜的成像能力，在保持空间分辨率不变的情况下提升了时间分辨率。

技术研发人员：周天艺,陈福荣,钟虓,薛又峻,陈岩
受保护的技术使用者：香港城市大学深圳福田研究院
技术研发日：20221009
技术公布日：2024/1/12