一种阴极荧光系统探头的机械对中装置及其对中方法与流程

技术特征：
1.一种阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述阴极荧光系统探头的机械对中装置包括：光源发生模块、光源微调系统、光源对中检测系统、光功率检测模块和光学平台；其中，光源微调系统和光源对中检测系统分别安装在光学平台上；光源发生模块面对光源对中检测系统安装在光源微调系统上；光功率检测模块连接在光源对中检测系统的出光口；光源发生模块包括光源固定装置、激光光源头、激光光源储能装置和激光光源微调结构；其中，光源固定装置为竖直放置的平板；在光源固定装置面对光源对中检测系统的cl探头模型的表面安装激光光源微调结构，激光光源微调结构包括半球形壳体和微调机构，半球形壳体的底面位于光源固定装置面对光源对中检测系统的cl探头模型的表面，半球形壳体的顶点中心具有通光孔，通光孔朝向光源对中检测系统中的cl探头模型中心的光采集孔，在半球形壳体的底部设置有微调机构；激光光源头通过激光光源微调结构上的微调机构安装在光源固定装置面对光源对中检测系统的cl探头模型的表面，并使激光光源头的出射光穿过激光光源微调结构的半球形壳体顶点的通光孔，激光光源头与cl探头模型的中心所在的直线为光轴，平行于x轴；激光光源储能装置通过支架安装在光源固定装置与激光光源微调结构相对的另一表面，激光光源头通过导线连接至激光光源储能装置；光源微调系统包括第一三维台、底面固定转接板、与光源发生模块转接板、透镜组合、透镜调节支架、物镜调节支架和物镜；其中，底面固定转接板固定安装在光学平台的一侧上，在底面固定转接板上沿光轴方向依次固定安装第一三维台、透镜调节支架和物镜调节支架；在第一三维台的上表面固定安装与光源发生模块转接板，在与光源发生模块转接板上固定安装光源发生模块的光源固定装置；在透镜调节支架上固定安装透镜组合；在物镜调节支架上固定安装物镜，物镜的轴向同透镜组合的轴向分别通过物镜调节支架和透镜调节支架进行调节，物镜与透镜组合的镜面同轴，并且通过调节第一三维台使得物镜与透镜组合的轴位于光轴上，从而光源发生模块的出射光束沿着物镜与透镜组合的轴；光源对中检测系统包括五维平台、成像装置和底部固定架；其中，底部固定架固定安装在光学平台上与光源微调系统的底面固定转接板相对的另一侧上；五维平台安装在底部固定架靠近光源微调系统的一侧面上；成像装置固定安装在底部固定架的上表面；成像装置包括ccd转接支架、ccd相机和ccd显示器；其中，ccd转接支架固定安装在底部固定架的上表面，ccd转接支架内具有圆筒状的安装孔，安装孔的轴平行于水平面，圆筒状的ccd相机水平插入ccd转接支架的安装孔内限制固定；ccd相机通过通信线连接至ccd显示器；五维平台包括第二三维台、翻转底座支架、翻转底座限制冒、cl探头固定架、cl探头模型、第一旋转方向调节杆和第二旋转方向调节杆，其中，第二三维台固定安装在底部固定架靠近光源微调系统的一侧面上；第二三维台的一侧设置有自带的调节杆，翻转底座支架安装在第二三维台的上表面且与自带的调节杆相对的另一侧，翻转底座支架包括底部基板、柱状结构和凸起固定面板，底部基板位于水平面，底部基板的底面固定在第二三维台的上表面，底部基板的上表面设置有柱状结构，柱状结构的中心轴平行于z轴，在底部基板的两侧分别设置有竖直的凸起固定面板，每一个凸起固定面板上开设有内螺纹孔；cl探头固定架具有底部固定板、竖直固定板和侧面固定板，底部固定板位于水平面，竖直固定板垂直安装在底部固定板的一端，在竖直固定板的两侧分别设置与之垂直且垂直于水平面的侧面固
定板，在底部固定板上开设有底部安装通孔，底部安装通孔的中心轴平行于z轴，竖直固定板上开设有竖直安装通孔，竖直安装通孔的中心轴平行于y轴，底部安装通孔与翻转底座支架上的柱状结构配合插入，使cl探头固定架能够围绕翻转底座支架的柱状结构旋转，旋转轴平行于z轴，实现第四维旋转；翻转底座限制冒固定安装在翻转底座支架的柱状结构的顶部，翻转底座限制冒的外径大于底部安装通孔的直径且位于cl探头固定架的底部固定板之上，防止cl探头固定架脱出；第一旋转方向调节杆安装在翻转底座支架两侧的凸起固定面板上，第一旋转方向调节杆的顶端分别抵在cl探头固定架的底部固定板的两侧，同时调节两个第一旋转方向调节杆能够精细调节cl探头模型以z轴为旋转轴的位于xy平面面内的旋转角度；cl探头模型为筒形结构，中心轴平行于y轴，面向光源发生模块一面侧壁的中心具有光采集孔，cl探头模型配合插入cl探头固定架的竖直安装通孔中，cl探头模型的光采集孔正对着光源发生模块的激光光源头，cl探头模型能够在cl探头固定架上的竖直安装通孔中做旋转，旋转轴平行于y轴，实现第五维旋转；第二旋转方向调节杆安装在cl探头固定架的侧面固定板上，第二旋转方向调节杆能够精细调节cl探头模型以y轴为旋转轴的位于xz平面面内的旋转角度；光功率检测模块包括数显设备和检测探头；其中，检测探头固定安装在光源对中检测系统的cl探头模型后，cl探头模型后即为光源对中检测系统的出光口；数显设备包括显示器和转换器，转换器的一端通过数据线连接至检测探头，另一端通过数据线连接到显示器。2.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述光源发生模块的激光光源微调结构的微调机构采用三个微调旋钮，均匀分布在激光光源微调结构的半球形壳体的底部，三个微调旋钮位于同一个平面内，互呈120
°
，三个微调旋钮的顶端指向激光光源头。3.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述第一旋转方向调节杆具有外螺纹，通过螺旋安装在翻转底座支架两侧的凸起固定面板上。4.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述第二旋转方向调节杆具有外螺纹，通过侧面固定板上的内螺纹孔螺旋安装在cl探头固定架的侧面固定板上。5.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述透镜组合包括第一至第三透镜，其中，第一透镜把发散的激光进一步发散，第二透镜对放大后的激光束进行聚焦变成平行光束完成扩束操作，第三透镜为可调衰减片调节光强到检测探头的量程范围内，最后经过物镜进行聚焦。6.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述检测探头采用功率计。7.如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置，其特征在于，所述光源微调系统的底面固定转接板为三层台阶型结构，包括从下至上依次连接为一个整体的底部台阶、中部台阶和顶部台阶，底部台阶的底面固定安装在光学平台的一侧上，第一三维台固定安装在底部台阶上；透镜调节支架固定安装在底面固定转接板的中部台阶上，物镜调节支架固定安装在底面固定转接板的顶部台阶上。8.一种如权利要求1所述的阴极荧光系统探头的机械对中装置的对中方法，其特征在于，所述对中方法包括以下步骤：
1)将阴极荧光探头固定在光源对中检测系统的cl探头模型中；2)对光源发生模块通电，激光光源头发出激光；3)通过激光光源微调结构的微调机构调节激光的方向，使得激光从光源微调结构的半球形壳体顶点的通光孔出射；4)打开光源对中检测系统中的ccd相机和ccd显示器，通过光源对中检测系统中的五维平台将cl探头模型的光采集孔调节至ccd相机观测位置的正中心，调节ccd相机本身的物镜调节装置，聚焦到cl探头模型的光采集孔；5)分别通过透镜调节支架和物镜调节支架，调节光源微调系统中的透镜组和物镜的轴向，以及调节第一三维台，使得激光光源头的出射光分别穿过透镜组合中的凸透镜镜面轴心和物镜中的透镜镜面轴心，透镜组的第一透镜把发散的激光进一步发散，第二透镜对放大后的激光束进行聚焦变成平行束完成扩束操作，第三透镜为可调衰减片调节光强到检测探头的量程范围内，最后经过物镜进行聚焦，进一步在ccd显示器中观察进行精细调节和确认，调节透镜调节支架和物镜调节支架直到激光光源头的光斑出现在cl探头模型的光采集孔的中心；6)分别通过光源对中检测系统中的五维平台上的第一旋转方向调节杆和第二旋转方向调节杆，调节光源对中检测系统中的第四维和第五维，即阴极荧光探头的绕z轴和y轴的旋转，观察cl探头模型的光采集孔边缘的发光情况，使cl探头模型的光采集孔边缘发光的光圈成均匀圆环状，以此来保证激光垂直入射阴极荧光探头的1/4椭球面镜，通过五维平台模拟阴极荧光探头与电子显微镜的样品台的相对运动；7)在阴极荧光探头的光纤前端处加装白色薄片，通过调节光源对中检测系统中的第二三维台的第三维垂直方向来调节白色薄片上激光汇聚情况，最终光源微调系统中的物镜端口位置位于阴极荧光探头的第一焦点处，判断标准为白色薄片上光源能够聚焦为一点；8)改变光源微调系统中的物镜端口位置与阴极荧光探头的下端面距离时，要保证ccd显示器中光斑位于光采集孔的正中心，并且光采集孔的边缘发光成均匀圆环状，如果不满足需要重复步骤5)～7)；9)调节阴极荧光探头本身的调节装置使光纤的端面轴中心点与聚焦的激光点重合，去掉阴极荧光探头的光纤前端处的白色薄片，激光将通过光纤打到光功率检测模块中的检测探头上，实现阴极荧光探头中会聚后的空间光点位置与光纤端面轴中心点重合，即光纤端面处于1/4椭球面镜的第二焦点处；10)打开光功率检测模块中的数显设备的供电电源，检测探头采集光信号，通过数显设备显示出激光光源头经阴极荧光探头后的光功率和光强度信息。

技术总结
本发明公开了一种阴极荧光系统探头的机械对中装置及其对中方法。本发明采用近似电子束光源的激光光源和一种可调整五维方向的对中装置，在非真空条件下完成阴极荧光系统探头内光纤的对中；并且能够同时得到量化结果，对阴极荧光探头的性能进行评估，并对后续探头性能改进提供实验平台；本发明在非真空条件下使用单一波长激光束，对其进行扩束、可调衰减和聚焦等操作，最终得到一个近似朗博发光场型的光源，此光源可近似为电子束与样品作用后的阴极荧光发光场型；独立出电子显微镜重新搭建平台，五维平台模拟阴极荧光探头与样品台的相对运动；本发明非真空条件下更容易手动调节和目测观察，不受真空条件下的狭小空间限制便于升级改进本身结构。级改进本身结构。级改进本身结构。


技术研发人员：王贺 刘亚琪 何超
受保护的技术使用者：北京金竟科技有限责任公司
技术研发日：2021.10.12
技术公布日：2022/2/28