[发明专利]一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统及方法

说明书

本发明提供一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统，所述透射电镜系统包括：透射电子显微镜、激光引导系统以及样品承载器件，所述样品承载器件包括光纤和样品夹具，所述透射电子显微镜从第一方向聚焦至所述样品夹具上的样品，所述激光引导系统用于将激光从所述光纤的第一端引导进入所述光纤，并由所述光纤的第二端从第二方向对向所述样品。所述系统可以实现物质结构和性质的双重检测，具有重大的科研价值。并且本发明通过安装有光纤的样品杆将会聚光引入透射电镜，并具有对超快激光的脉宽压缩功能，大幅度减弱超快激光通过光纤后的脉宽展宽。

技术领域

本发明涉及透射电子显微镜技术领域，更具体地，涉及一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统。

背景技术

探索材料原子结构、电子结构与其物理性质的对应关系是凝聚态物理研究的最重要任务之一，目前在实验技术上还是一个挑战。超快动力学过程反映微观物质结构的基本运动规律和材料本征特征，是自然科学研究中一直受到重视的方向，也孕育着重要的应用前景，如能量转换与电荷转移、传感器等。发展空间分辨的超快动力学表征技术，测量研究纳米体系激发态及其动力学过程的微观机理，对于开拓凝聚态物理研究新的研究方向和应用领域具有重要的意义。

最近几年透射电子显微镜的发展将结构表征能力推进到了原子尺度，并可在原子尺度表征电子结构。同时，光谱学表征技术的发展，以及飞秒激光技术的出现和应用，使得探测超快的物理和化学过程，尤其是动态瞬时和中间过程成为可能。一些新学科，如飞秒动力学、飞秒光化学，也随之产生和发展起来。

但商业的电镜仅仅具有结构表征能力，功能单一，无法与材料物性直接关联。

另外，现有的电镜技术，在电镜样品观察前都要进行复杂的制样工作，如减薄、转移等操作，会对样品形貌甚至性质造成不可逆的改变。如果仅在制样前，在电镜之外先期表征样品的光谱学性质，然后以此结果去和制样后样品的电镜表征结构去对应，则难以得到准确的材料结构和物性在时间和空间的一一对应关系。

发明内容

本技术的目的在于解决目前透射电子显微镜技术无法同步测量材料光谱学性质和超快动力学过程的难题，进而将材料微观结构和性质直接建立联系，从而实现原位地研究材料微观结构和性质。

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种透射电镜系统，其既能够有效利用TEM对样品进行结构特性测量，又能够利用光学智能聚焦和脉宽压缩的光学系统进行光谱学性质和超快动力学研究。本发明利用迭代波前整形技术和双光子荧光特性，实现超快脉冲激光通过光纤后的智能会聚，从而通过安装有光纤的样品杆将会聚光引入透射电镜，并具有对超快激光的脉宽压缩功能，大幅度减弱超快激光通过光纤后的脉宽展宽。

具体而言，本发明提供一种具有光学和电子双重检测特性的透射电镜系统，其特征在于，所述透射电镜系统包括：透射电子显微镜、激光引导系统以及样品承载器件，所述样品承载器件包括光纤和样品夹具，所述透射电子显微镜从第一方向聚焦至所述样品夹具上的样品，所述激光引导系统用于将激光从所述光纤的第一端引导进入所述光纤，所述光纤的第二端从第二方向对向所述样品。

优选地，所述激光引导系统包括：偏振激光发生装置、空间光调制器、图像采集器件以及系统控制器，所述偏振激光发生装置用于获取偏振激光，所述样品可发射双光子荧光，所述偏振激光经所述空间光调制器后被聚焦至所述光纤的第一端，从所述光纤的第二端出射的激光对所述样品进行照射，所述图像采集器件采集所述样品发出的荧光信号，所述系统控制器基于所述荧光信号分区域调节所述空间光调制器的调制相位，以获得所述空间光调制器各区域所对应的最佳相位。

优选地，所述偏振激光发生装置包括激光器、扩束准直器以及第一偏振分光器件，扩束准直器用于对所述激光器发出的激光进行准直扩束，所述第一偏振分光器件用于对准直扩束后的激光进行起偏。