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Dept. of MSE, CQU COLLEGE OF MATERIAL SCIENCE AND ENGINEERING CHONGQING UNIVERSITY 第八章 电子光学基础 材料现代测试方法 电子光学基础 本章主要内容 材料现代测试方法 电子光学基础 8.1 光学显微镜的局限性 8.2 提高显微镜分辨率的有效途径 8.3 电磁透镜 8.1 光学显微镜的局限性 材料现代测试方法 电子光学基础 显微镜的分辨率及其影响因素 显微镜的分辨率是指显微镜分辨相邻两个物点的能力，通常是用显微镜能分辨的两个物点的最小距离来表示。显微镜能分辨的两个物点的距离赿小，说明显微镜的分辨率赿高。 显微镜的分辨率主要取决于物镜的分辨率。因为如果在物镜形成的像中两个物点未被分开，则无论用多大倍数的目镜或投影，也不可能把这两个物点分开。 材料现代测试方法 电子光学基础 光学透镜的分辨率可用阿贝(Abbe)公式来计算： α 物镜 试样 r ——能够分辨的两个物点的最小距离； λ——照明光源的波长(nm)； n ——物镜与试样之间的介质的折射率； α——为孔径半角(o)。习惯上将nsinα称为数值孔径，并用N.A表示。 孔径角——透镜的直径对透镜主轴与物平面交点所张的角 材料现代测试方法 电子光学基础 由上式可看出，显微镜的分辨率主要取决于三个因素： (1) 照明光源的波长； (2) 物镜与试样之间的介质的折射率； (3) 物镜的孔径半角。 照明光源的波长赿短，介质折射率赿大，物镜的孔径半角赿大，则显微镜的分辨率赿高。 空气中(n=1)，则rmin= 250.1nm 材料现代测试方法 电子光学基础 光学显微镜的极限分辨率 光学显微镜采用可见光(一般是白光)作为光源，其波长在390nm~770nm之间，平均波长为580nm。目前可能得到的折射率最大的介质是溴萘，其折射为1.66。光学透镜的最大孔径半角为72°。如果按可见光的平均波长计算，光学显微镜的分辨率为： 空气中(n=1)，则r = 372nm 如果按可见光的最短波长390nm计算，光学显微镜的极限分辨率为： 材料现代测试方法 电子光学基础 以上计算结果表明，光学显微镜在最佳条件下也只能分辨距离大于0.15μm的物点。 如果两个物点的距离小于0.15μm，光学显微镜则无法分辨。因此，用光学显微镜无法进行超显微结构和微观结构研究。 0.01μm 0.2~0.01μm 100~0.2μm 微观结构 超显微结构 或亚显微结构 显微结构 材料现代测试方法 电子光学基础 8.2 提高显微镜分辨率的有效途径 根据阿贝公式，提高显微镜的 分辨率的可能途径有： (1) 提高介质折射率n； (2) 增大透镜的孔径半角α; (3) 采用波长较短的射线作光源 但是，介质折射率和透镜孔径半角都不可能有大的提高。因此要提高显微镜的分辨率唯一有效的途径是采用波长比可见光更短的射线作光源。 材料现代测试方法