多功能超快透射电子显微镜电子枪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子显微镜领域，尤其涉及一种多功能超快透射电子显微镜电子枪。
【背景技术】
[0002] 透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscope,简称；TEM)，简称透射电 镜，是把经加速和聚焦的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变 方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可W形成明暗不 同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件（如英光屏、胶片，或者感光禪合组件）上显示 出来。
[0003] 从整个透射电子显微镜的发展历程来看，电子的发现及其波粒二像性成为透射电 子显微学二维成像的基础。球差校正器的使用，使透射电子显微镜的空间分辨率得到了革 命性的提高，目前很容易就能达到1 AW下，甚至可W突破0.5A.:此分辨率已满足了人们 对结构研究的绝大部分要求，因为相邻原子间的距离都超过1 A。因而，研究人员开始倾向 于提高透射电子显微镜其他维度的分辨率，如采用能量单色器能将电子能量损失谱的能量 分辨率提高到0.lev。
[0004] 随着材料、化学和凝聚态物理发展，在材料的动态过程研究中，对透射电子显微镜 在另一个维度一时间分辨率上有了很大的要求，即要求能够观察到足够短的时间内的（比 如纳砂，甚至飞砂）瞬间态。
[0005] 相比较而言，时间分辨透射电子显微镜的优势在于能综合多种实验技术，在高空 间分辨率、能量分辨率和时间分辨率下研究物态的动力学行为。观察瞬间态及瞬时行为 (如化学反应、结构形变或相变等）是理解化学、生物、物理W及材料科学中许多基本行为 的关键。在化学领域，一个关键的问题是怎么理解化学反应的动力学过程和反应机理，比女口 催化剂不同活性位置的变化，该也是飞砂化学的中也问题。在物理和材料科学中，研究各种 相变行为的动力学过程，如结构相变、金属绝缘体转变W及不同相在外场条件下的竞争，是 理解材料各种物理性能机理的基础。而在生物学和医学中，研究不同生物分子的结构，如细 胞、蛋白质等，有利于理解其在生命体中的主要功能，能极大的促进现代医学和生物学的发 展。
[0006] 时间分辨透射电子显微镜的关键技术是如何产生非连续发射的超短电子脉冲的 电子源。通过飞砂激光系统控制电子源，可W使电子脉冲宽度限制在飞砂范围内，从而可W 实现很高的时间分辨率。国际上美国有两个实验室通过改造透射电镜光学系统实现了具有 纳砂和飞砂时间分辨的透射电子显微镜技术，都是对已有商用透射电镜的光学系统进行了 改造，实现了具有时间分辨特性的透射电镜技术。
[0007] 图1为现有技术B.WReed研究组所改造的时间分辨透射电子显微镜的结构示意 图。请参照图1，该时间分辨透射电子显微镜中，在传统透射电镜照明系统中即聚光镜系统 上方额外加了一截弱磁透镜和电子漂移铜块。电子漂移铜块内包含激光入射窗和激光反射 镜，激光入射窗用于引入阴极激光，激光反射镜用于将入射的激光反射至透射电镜电子枪 的阴极上w激发光电子。激光反射镜上加工出了一个供电子束通过的通道，经由阳极加速 之后的电子经过该通道进入透射电镜的聚光镜系统。弱磁透镜用于将散射角较大的电子进 行会聚，获得较大的电子束流。
[0008] 然而，在实现本发明的过程中，申请人发现上述的时间分辨率透射电子显微镜由 于增加了电子偏移铜块，在阳极和聚光镜系统之间增加了一个近30cm的距离，导致会使 从阳极出来的电子经过很长一段漂移距离之后发散角变大，进入聚光镜系统的电子数目变 少，电子剂量变低，即使通过增加弱磁透镜增加电子数量，但仍然不及传统透射电镜的电子 剂量，而且由于收集到了的电子发散角大，电子相干性变差。
【发明内容】
[0009](一）要解决的技术问题
[0010] 鉴于上述技术问题，本发明提供了一种多功能超快透射电子显微镜电子枪。
[0011] (二）技术方案
[0012] 根据本发明的一个方面，提供了一种多功能超快透射电子显微镜电子枪。该超快 透射电子显微镜电子枪包括；激光源100、电子枪本体200和激光引入模块300。电子枪本体 200,包括；电子枪套筒，自上而下包括；第一段套筒211和第二段套筒212 及位于电子 枪套筒内并沿其中也轴线自上而下依次设置的阴极220、加速极230和阳极240,其中，阴极 220和加速极230位于第一段套筒211内，阳极240位于第二段套筒212内。激光引入模块 300,包括；引入模块套筒310,密封连接于上述第一段套筒211和第二段套筒212之间，其 中也轴线与电子枪套筒中也轴线重合，在该引入模块套筒310的侧面开设激光入射窗320 ; 激光反射镜330,位于引入模块套筒310内，正对激光入射窗320,且靠近引入模块套筒310 的中也轴线设置，其反射面与引入模块套筒310中也轴线呈45。。
[001引 （S)有益效果
[0014] 从上述技术方案可W看出，本发明超快透射电子显微镜电子枪具有W下有益效 果：
[0015] (1)针对透射电镜电子枪进行了改造，作为一个独立的电子枪部件，适用于任何型 号的透射电镜；
[0016] (2)本发明多功能超快透射电子显微镜电子枪在保证传统热发射电子枪发射电子 的相干性和亮度之外，所获得的光发射电子的相干性是目前现有技术中性能最好的。
【附图说明】
[0017] 图1为现有技术时间分辨透射电子显微镜的结构示意图；
[001引图2为根据本发明实施例超快透射电子显微镜电子枪的结构示意图；
[0019] 图3为图2所示超快透射电子显微镜电子枪中激光引入模块的结构示意图；
[0020] 图4A和图4B分别为利用传统透射电子显微镜和米用具有图2所不电子枪的透射 电子显微镜在热发射情况下所得到的碳纳米管的形貌像；
[0021] 图5A和图5B分别为采用具有图2所示电子枪的透射电子显微镜在光发射情况下 获得的BiSr化化0电子衍射花样和金标样的形貌像。
[00过【主要元件】
[0023]
[0024]
【主权项】
1. 一种多功能超快透射电子显微镜电子枪，其特征在于，包括： 激光源（100); 电子枪本体（200)，包括： 电子枪套筒，自上而下包括：第一段套筒（211)和第二段套筒（212);以及 位于所述电子枪套筒内并沿其中心轴线自上而下依次设置的阴极（220)、加速极 (230)和阳极（240)，其中，所述阴极（220)和加速极（230)位于所述第一段套筒211内，所 述阳极（240)位于所述第二段套筒212内； 激光引入模块（300)，包括： 引入模块套筒（310)，密封连接于所述第一段套筒（211)和第二段套筒（212)之间，其 中心轴线与所述电子枪套筒中心轴线重合，在该引入模块套筒（310)的侧面开设透明的激 光入射窗（320); 激光反射镜（330)，位于所述引入模块套筒（310)内，正对所述激光入射窗（320)，且靠 近所述引入模块套筒（310)的中心轴线设置，其反射面与所述引入模块套筒（310)中心轴 线呈45°。
2. 根据权利要求1所述的多功能超快透射电子显微镜电子枪，其特征在于，所述激光 源（100)发射的激光通过所述激光入射窗（330)入射到所述引入模块套筒（310)内的所述 激光反射镜（330)上，由所述激光反射镜（330)反射后照射到所述电子枪本体（200)的所 述阴极（220)上；由所述阴极（220)激发的电子经由所述加速极（230)加速后，经过所述引 入模块套筒（310)内未被所述激光反射镜（330)遮挡的部分，进入该多功能超快透射电子 显微镜的聚光镜系统（400)。
3. 根据权利要求1所述的多功能超快透射电子显微镜电子枪，其特征在于，所述激光 反射镜（330)的内侧边缘与所述引入模块套筒（310)中心轴线的距离介于0.2mm~Icm之 间。
4. 根据权利要求3所述的多功能超快透射电子显微镜电子枪，其特征在于，所述激光 反射镜（330)的内侧边缘与所述引入模块套筒（310)中心轴线的距离为1mm。
5. 根据权利要求1所述的多功能超快透射电子显微镜电子枪，其特征在于，所述激光 反射镜（330)通过不锈钢夹片固定于载台（350)上或通过压电驱动方式安装于所述载台 (350)上，所述载台（350)固定于所述引入模块套筒（310)内。
6. 根据权利要求5所述的多功能超快透射电子显微镜电子枪，其特征在于，所述载台 通过盲法兰（360)伸入所述引入模块套筒（310)内或通过沿引入模块套筒轴向的支架固定 于所述引入模块套筒（310)内。
7. 根据权利要求1所述的多功能超快透射电子显微镜电子枪，其特征在于，所述引入 模块套筒（310)通过螺钉固定于电子枪套筒上； 在所述引入模块套筒（310)上部与第一段套筒（211)之间以及所述引入模块套筒 (310)下部与所述第二段套筒（212)之间设置有密封圈（340)。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的多功能超快透射电子显微镜电子枪，其特征在 于，所述引入模块套筒（310)与所述电子枪套筒的直径一致，其高度介于7cm-16cm之间。
9. 根据权利要求1至7中任一项所述的多功能超快透射电子显微镜电子枪，其特征在 于，所述激光入射窗（320)为直径介于30mm~IOOmm之间的圆形窗口，其材料为对波长介 于210nm~500nm之间激光的透过率大于95%的材料。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的多功能超快透射电子显微镜电子枪，其特征在 于，所述激光源（100)为皮秒、飞秒或纳秒激光器，所述激光反射镜（330)为圆形或椭圆形。
【专利摘要】本发明提供了一种多功能超快透射电子显微镜电子枪。该超快透射电子显微镜电子枪包括：激光源、电子枪本体和激光引入模块。电子枪本体包括：电子枪套筒，包括：第一段套筒和第二段套筒；以及自上而下依次设置的阴极、加速极和阳极，其中，阴极和加速极位于第一段套筒内，阳极位于第二段套筒内。激光引入模块，包括：引入模块套筒，密封连接于上述第一段套筒和第二段套筒之间，在该引入模块套筒的侧面开设激光入射窗；激光反射镜，位于引入模块套筒内，正对激光入射窗，且靠近引入模块套筒的中心轴线设置，其反射面与引入模块套筒中心轴线呈45°。本发明多功能超快透射电子显微镜电子枪所获得的光发射电子的相干性是目前性能最好的。
【IPC分类】H01J37-065, H01J37-06
【公开号】CN104766776
【申请号】CN201410007910
【发明人】李建奇, 田焕芳, 曹高龙, 马超, 杨槐馨
【申请人】中国科学院物理研究所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年1月7日
【公告号】WO2015103829A1