CN103000480B - 可加光纤的透射电子显微镜样品杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可加光纤的透射电子显微镜样品杆，所述光纤通过所述样品杆从透射电镜外部进入透射电镜样品室，用于将透射电镜外部的光信号施加给样品室内的样品或是将样品室内的样品产生的光信号导至透射电镜外部，所述样品杆包括：样品杆头，所述样品杆头设有载台，用于承载样品；样品杆身，所述样品杆身设有密封圈，用于在将样品杆放入透射电子显微镜样品室时保持样品室的密封以及手握柄，在至少部分的样品杆身外表面处设有至少一条导槽沿杆身长度方向延伸至样品杆头，光纤设置在所述至少一条导槽内。本发明将至少部分光纤铺设在样品杆表面的导槽内，尽量避开样品杆内部的倾转传动装置，从而避免了光纤和双倾样品杆内部倾转传动装置相互影响。

Description

可加光纤的透射电子显微镜样品杆

技术领域

本发明涉及透射电子显微镜配件，更具体地，涉及一种可加光纤的透射电子显微镜样品杆。

背景技术

透射电子显微镜（简称透射电镜）中的原位技术是当前迅速发展的研究领域。由于其可以在接近实际应用条件下对材料和器件的结构变化和物理性质进行研究，有利于在微观尺度准确地了解材料和器件的实际使用效果。光学性质是材料和器件的一个重要性质，可以反映材料和器件的诸多物理性能，如发光特性可以反映半导体材料的能级特征，荧光光谱可以反映特定分子的位置和种类等。当需要研究光辐射对样品的影响时，需要将光信号照射到样品上，研究光辐射下样品的性能变化。当需要研究样品上的发光情况，如电子束辐照激发的光信号，或者是其他原因产生的光信号，就需要将光信号通过光纤或光导管导出电镜之外，用光谱仪进行分析。目前，在透射电镜样品杆上加装光纤以实现光信号的导入和导出，是原位电镜技术研究的一个重要内容。现有的技术方案主要有以下两种：

第一种方案是在透射电镜的镜筒上***一个光学部件，能够将光信号照射到样品上或者通过光纤或光导管收集来自样品的信号。由于镜筒部分空间相对较大，有利于设计安装比较复杂的光学***，较易实现真空密封，同时也不用对样品杆进行任何的改动，从工艺角度而言难度较小。为了提高光信号的收集范围，在光学部件的头部会设计一个内凹的反射面，以增加信号收集的立体角，让更多的光信号进入光导管或光纤。缺陷在于为了提高光信号的收集效率，需要将收集探头尽量的靠近样品。由于透射电镜的放置样品的部位结构复杂，探头很难贴近样品，信号强度较难提高。另外，由于需要对透射电镜的镜筒进行改造，有一定的风险，必须在电镜厂商的协助下完成。而且***被限制在特定的透射电镜上，限制了其使用范围。

第二种方案是通过在样品杆内部设置光导管或光纤传送光信号，光导管或光纤通过设置在样品杆内部中空部分实现样品和外部光源或光谱仪之间的连通。通过将光导管或光纤安置在标准样品杆上，可以灵活地在任何一台对应型号的透射电镜上进行同样的研究，大大扩展了其使用范围。但是由于光导管或光纤是通过样品杆内部传导光信号，对于双倾样品杆，杆身内部设有驱动样品杆Y轴方向倾转的传动装置，一方面光导管或光纤势必和这些机械装置相互干扰，另一方面也限制了光纤的数量。同时为了提高光信号的收集效率，也需要在样品杆头部安装一个反射镜面。但尽管如此，其光信号传输的能力仍然不强。

发明内容

本发明的一个目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种可加光纤的透射电子显微镜样品杆，减少样品杆内部光纤与倾转传动装置相互干扰。本发明的另一个目的是在样品杆正常操作的前提下，在样品杆中装载较多数量的光纤，从而不需要额外设置反射镜面来提高光信号收集效率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种可加光纤的透射电子显微镜样品杆，所述光纤通过所述样品杆从透射电镜外部进入透射电镜样品室，用于将透射电镜外部的光信号施加给样品室内的样品或是将样品室内的样品产生的光信号传导至透射电镜外部，所述样品杆包括：

样品杆头，所述样品杆头设有载台，用于承载样品；

样品杆身，所述样品杆身设有密封圈，用于在将样品杆放入透射电子显微镜样品室时保持样品室的密封；以及

手握柄，

在至少部分的样品杆身外表面处设有至少一条导槽沿杆身长度方向延伸至样品杆头，光纤设置在所述至少一条导槽内。

在一种实施方式中，所述样品杆身外表面沿杆身长度方向设有至少一条导槽，在密封圈处的导槽内铺设环氧树脂固化剂密封，以保证密封圈处的密封。

所述样品杆身可以包括同轴设置的前端细杆和后端粗杆，所述前端细杆与后端粗杆通过锥形过渡段连接，所述前端细杆与样品杆头连接，后端粗杆与手握柄连接，所述密封圈设置在后端粗杆上。

在一种实施方式中，所述前端细杆外表面沿杆身长度方向设有至少一条导槽，在锥形过渡段开设有通孔，所述导槽在杆身表面延伸至所述通孔，样品杆头处的光纤沿所述至少一条导槽经通孔进入后端粗杆内部。

在一种实施方式中，所述前端细杆外表面沿杆身长度方向设有至少一条导槽，并且在后端粗杆上设置一通孔；所述导槽在杆身表面经由锥形过渡段延伸至所述通孔，样品杆头处的光纤沿所述至少一条导槽经所述通孔进入后端粗杆内部；

所述密封圈设置在所述通孔与手握柄之间的后端粗杆上。

在一种实施方式中，所述透射电子显微镜样品杆是双倾样品杆，在手握柄的端部设有转柄，所述光纤进入后端粗杆内部后，从手握柄内部经手握柄的转柄处向外伸出。

在一种实施方式中，所述密封圈与手握柄之间的后端粗杆表面上设有引出孔，光纤进入后端粗杆内部后经所述引出孔向外伸出，并且在所述引出孔处通过环氧树脂固化剂密封。

优选地，所述导槽的槽宽为0.5-1mm。

优选地，所述样品杆头处的光纤的截面设置为朝着处于初始位置的载台表面。

在一种实施方式中，所述样品杆头处光纤的截面设置为与处于初始位置的载台表面所成夹角在预定的角度范围内。所述预定的角度范围可以为0-40度。

本发明通过将至少部分光纤铺设在样品杆表面的导槽内，尽量避开样品杆内部的倾转传动装置，从而避免了光纤和双倾样品杆内部倾转传动装置相互影响。且本发明可以在保证机械强度的基础上尽可能地增加光纤数量，有利于提高光信号传输量以及可靠性。本发明中，光纤的数量取决于导槽的宽度以及数量。由于样品杆外表面积比较大，在保证机械强度的基础上，可以开设尽量多的导槽，因此可以大大地增加光纤的数量，有利于提高光信号的收集效率。

附图说明

图1为根据本发明的透射电子显微镜样品杆的一个实施例的结构示意图。

图2为图1所示的透射电子显微镜样品杆沿中轴线切开的结构示意图。

图3为根据本发明的倾转驱动器的一个实施例的结构示意图。

图4为根据本发明的透射电子显微镜样品杆的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

如图1和图2所示，本发明的可加光纤的的透射电子显微镜样品杆，光纤通过样品杆从透射电镜外部进入透射电镜样品室，用于将透射电镜外部的光信号施加给样品室内的样品或是将样品室内的样品产生的光信号传导至透射电镜外部。样品杆包括样品杆头1、样品杆身和手握柄4，样品杆头1设有载台7，样品被承载在载台7上。样品杆身为中空结构，外表面设有密封圈5，用于在将样品杆放入透射电子显微镜样品室时保持样品室的密封。在至少部分的样品杆身外表面处设有至少一条导槽沿杆身长度方向延伸至样品杆头，光纤设置在至少一条导槽内。

图1和图2示出的样品杆与FEI公司的样品杆类似，样品杆身可以包括同轴设置的前端细杆2和后端粗杆3。前端细杆2和后端粗杆3均为中空结构。前端细杆2与后端粗杆3可以通过锥形过渡段9连接。其中，前端细杆2与样品杆头1连接，后端粗杆3与手握柄4连接。密封圈5设置在后端粗杆3上。图中所示的样品杆为双倾样品杆，在样品杆身内部设置有用于驱动载台7在Y轴倾转的倾转驱动器10。倾转驱动器10可以具有类似曲轴的结构，较常见的情形可以如图3所示，倾转驱动器10由前端轴101、椭圆柱102和后端轴103连接组成。其中，前端轴101与载台7连接，倾转驱动器10的后端轴103依次从样品杆头1穿过前端细杆2、后端粗杆3，直至手握柄4。可以在手握柄4末端设置一个转柄6，通过旋转转柄6可以方便地带动倾转驱动器10在Y轴方向倾转样品。由于前端细杆2直径较小，且内部包含了后端轴103，为了避免当后端轴103转动时磨损光纤，因此光纤最好不从前端细杆2中通过。后端粗杆3的直径较粗，其内部空间较大，光纤和倾转驱动器10之间的影响较小。因此光纤可以从后端粗杆3的内部通过。

在一个实施例中，前端细杆2外表面沿杆身长度方向设有至少一条导槽21，在锥形过渡段9开设有通孔91，导槽21在杆身表面延伸至通孔91，样品杆头1处的光纤8沿至少一条导槽21经通孔91进入后端粗杆3的内部。在一个实施例中，通孔91可以设置在锥形过渡段9靠近前端细杆2的一端，这样光纤8可以沿前端细杆2的至少一条导槽内直接经通孔进入杆身内部，而不需将导槽延伸至锥形过渡段9。在另一个实施例中，通孔91可以设置在锥形过渡段9靠近后端粗杆3的一端，这样需要将导槽延伸至锥形过渡段9的外表面，光纤8可以沿前端细杆2的至少一条导槽内进入锥形过渡段9外表面的导槽，再经通孔进入后端粗杆3。这个实施例的好处在于，在后端粗杆3内部的光纤可以更加靠近杆身的圆周，更好地避免与杆身内部中心的传动机构相互干扰。

在一个实施例中，前端细杆2外表面沿杆身长度方向设有至少一条导槽21，在过渡段9表面沿杆身长度方向也设有至少一条导槽（图中未示出），并且在后端粗杆上设置一通孔（图中未示出）；导槽在杆身表面经由锥形过渡段延伸至通孔，样品杆头处的光纤沿至少一条导槽经所通孔进入后端粗杆内部；在该实施例中，密封圈5设置在通孔与手握柄4之间的后端粗杆3上。

光纤8进入后端粗杆内部后，可以从手握柄4内部经手握柄的转柄6处向外伸出。也可以在密封圈与5手握柄4之间的后端粗杆3表面上设有引出孔（图中未示出），光纤8进入后端粗杆内部后经引出孔向外伸出，与外面的光源或光谱仪连接。为了保证样品室内部的真空度，还需要在引出孔处通过环氧树脂固化剂密封。这样的好处在于即使涂覆树脂会影响样品杆表面的平整度，而由于涂覆部位在电镜外部，因此不会影响样品杆的插拔操作。并且在拆卸光纤的时候也很方便，不用担心在刮除树脂时引起样品杆表面不够平整。

在其他的实施例中，也可以将导槽设置成贯穿样品杆身表面，让光纤8完全从样品杆的外侧通过，形成与内部独立的光通道。在如图4所示的实施例中，前端细杆2外表面沿杆身长度方向设有至少一条导槽21，后端粗杆3外表面沿杆身长度方向也设有至少一条导槽31，光纤8沿前端细杆2表面的至少一条导槽21延伸，从密封圈5内部延伸至后端粗杆3表面的至少一条导槽31，光纤可以从后端粗杆3表面的至少一条导槽31直接延伸出来与光源或光谱仪连接。为了便于保持透射电镜内部的真空度，需要保证密封圈处的密封。这种情况下，将光纤铺设好之后，还需在密封圈5处的导槽31内铺设环氧树脂类固化剂密封，并将其加工成和样品杆身平滑一致的外形，以免导槽31在通过密封圈时导致密封圈处密封不好。由于透射电镜在工作时需要保持很高的真空度，因此该实施例对加工精度要求较高。

在上述的实施例中，由于样品杆的载台7是可以进行Y轴倾转的，即载台的位置是可变的，为了便于表述样品杆头处的光纤截面与载台的相对关系，定义载台的初始位置：载台7未进行任何倾转时所处的位置。进一步地，当载台处于初始位置时，把样品杆放入透射电镜样品室内，载台表面基本水平。定义了这样一个初始位置后，就可以将样品杆头处光纤的截面设置为朝着处于初始位置的载台表面。但如果将所有光纤的截面均设置成与处于初始位置的载台表面相面对，当载台进行Y轴倾转时，有可能光纤收集不到载台上样品发出的光信号。因此光纤的截面最好设置成与处于初始位置的载台表面成一定的夹角，该夹角的大小在预定的角度范围内。这里的“预定的角度范围”与载台Y轴倾转的角度有关，例如可以为0-40度。

在本发明中，光纤的数量取决于导槽的宽度及数量。一般的样品杆自身直径较小，导槽的槽宽可以设置在0.5-1m m之间。由于样品杆外表面积比较大，在保证机械强度的基础上，可以尽量多地开设导槽，从而大大增加光纤的数量，而且在本发明中几乎规避了光纤和双倾样品杆内部的倾转传动装置磨损的可能，提高了双倾样品杆的可靠性和耐用性。

本发明的可加光纤的透射电子显微镜样品杆具有很高的通用性，可用于同一厂家的透射电镜，样品杆的具体结构则可以因透射电镜厂家的设计不同而不同。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种可加光纤的透射电子显微镜样品杆，所述光纤通过所述样品杆从透射电镜外部进入透射电镜样品室，用于将透射电镜外部的光信号施加给样品室内的样品或是将样品室内的样品产生的光信号传导至透射电镜外部，所述样品杆包括：

样品杆头，所述样品杆头设有载台，用于承载样品；

样品杆身，所述样品杆身设有密封圈，用于在将样品杆放入透射电子显微镜样品室时保持样品室的密封；以及

手握柄，

其特征在于，在至少部分的样品杆身外表面处设有至少一条导槽沿杆身长度方向延伸至样品杆头，光纤设置在所述至少一条导槽内。

2.根据权利要求1所述的透射电子显微镜样品杆，其特征在于，贯穿所述样品杆身外表面沿杆身长度方向设有至少一条导槽，在密封圈处的导槽内铺设环氧树脂固化剂密封，以保证密封圈处的密封。

3.根据权利要求1所述的透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述样品杆身包括同轴设置的前端细杆和后端粗杆，所述前端细杆与后端粗杆通过锥形过渡段连接，所述前端细杆与样品杆头连接，后端粗杆与手握柄连接，所述密封圈设置在后端粗杆上。

4.根据权利要求3所述的透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述前端细杆外表面沿杆身长度方向设有至少一条导槽，在锥形过渡段开设有第一通孔，所述导槽在杆身表面延伸至所述第一通孔，样品杆头处的光纤沿所述至少一条导槽经所述第一通孔进入后端粗杆内部。

5.根据权利要求3所述的透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述前端细杆外表面沿杆身长度方向设有至少一条导槽，并且在后端粗杆上设置第二通孔；所述导槽在杆身表面经由锥形过渡段延伸至所述第二通孔，样品杆头处的光纤沿所述至少一条导槽经所述第二通孔进入后端粗杆内部；

所述密封圈设置在所述第二通孔与手握柄之间的后端粗杆上。

6.根据权利要求4或5所述的透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述透射电子显微镜样品杆是双倾样品杆，在手握柄的端部设有转柄，所述光纤进入后端粗杆内部后，从手握柄内部经手握炳的转柄处向外伸出。

7.根据权利要求4或5所述的透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述密封圈与手握柄之间的后端粗杆表面上设有引出孔，光纤进入后端粗杆内部后经所述引出孔向外伸出，并且在所述引出孔处通过环氧树脂固化剂密封。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述导槽的槽宽为0.5-1mm。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述样品杆头处的光纤的截面设置为朝着处于初始位置的载台表面。

10.根据权利要求9所述的透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述样品杆头处光纤的截面设置为与处于初始位置的载台表面所成夹角在预定的角度范围内。

11.根据权利要求10所述的透射电子显微镜样品杆，其特征在于，所述预定的角度范围为0-40度。