第五章电子光学基础精要.pptVIP

透镜磁场的这种非旋转性对称使它在不同方向上的聚焦能力出现差别，结果使成像物点P通过透镜后不能在像平面上聚焦成一点。在聚焦最好的情况下，能得到一个最小的散焦斑，把最小散焦斑的半径RA折算到物点P的位置上去，就形成了一个半径为△rA的圆斑，即 △rA表示像散的大小，可通过下式计算： △fA为像散引起的最大焦距差，称像散系数；α为孔径半角。 像散是可以消除的像差，可以通过引入一个强度和方位可调的矫正磁场来进行补偿。产生矫正磁场的装置叫消像散器。 M为透镜放大倍数 3、色差 色差是由于入射电子波长（或能量）的非单一性所造成的。 若入射电子的能量出现一定的差别，能量大的电子在距透镜光心比较远的地方聚焦，而能量低的电子在距光心较近的地方聚焦，由此产生焦距差。像平面在远焦点和近焦点之间移动时存在一个最小散焦斑，其半径为RC。 把RC除以透镜的放大倍数M，即可把散焦斑的半径折算到物点P的位置上去，得到半径为△rc的圆斑，即 其值可通过下式计算： 式中，CC为色差系数， 为电子束能量变化率。 上式说明，在色差系数和孔径半角一定的情况下，电子能量的波动是主要影响因素。引起电子能量波动的原因有两个：一是电子加速电压不稳，致使入射电子能量不同；二是电子束照射试样时和试样相互作用，部分电子产生非弹性散射，致使能量变化。如果样品很薄，则可把后者的影响略去，因此采取稳定加速电压的方法可以有效地减小色差。 色差系数CC和球差系数CS均随透镜激磁电流的增大而减小。 透镜色差系数Cc 、球差系数Cs与激励电流I的关系 二、分辨率 衍射效应限定的分辨率： N为介质的相对折射系数；α为透镜的孔径半角。 若只考虑衍射效应，在波长和介质一定的条件下，孔径半角α越大，透镜分辨率越高。 1、衍射效应对分辨率的影响 2、像差对分辨率的影响 由于球差、像散和色差的影响，物体上的光点在像平面上均会扩展成散焦斑。各散焦斑半径折算回物体后得到的△rs、△rA、△rC值就成了由球差、像散和色差所限定的分辨率。 电磁透镜总是会聚透镜，至今没有找到一种矫正球差行之有效的方法，所以球差是限制电磁透镜分辨率的主要因素。 同时考虑衍射效应和球差对分辨率的影响，发现孔径半角α对两种情况下分辨率的影响相反：为使球差变小，可减小α；但α减小将使△r0变大，分辨率下降。 两者必须兼顾，关键是确定电磁透镜的最佳孔径半角α0，衍射效应埃利斑和球差散焦斑尺寸大小相等时，两者对透镜分辨率影响效果一样。 电磁透镜中α通常是10－2rad～10－3rad，则： 目前，透射电镜的最佳分辨率为0.1nm左右。 第三节 电磁透镜的景深和焦长 任何样品都有一定厚度。理论上讲，当透镜焦距、像距一定时，只有一层样品平面与透镜的理想物平面相重合，能在像平面上获得该层平面的理想图像。而偏离理想物平面的物点都存在一定程度的失焦，从而在像平面上产生一个具有一定尺寸的失焦圆斑。如果失焦圆斑尺寸不超过由衍射效应和像差引起的散焦斑，那么对透镜分辨率不会产生影响。 景深定义：成像时像平面不动(像距不变)，在满足成像清晰的前提下，物平面沿透镜主轴可移动的距离，用Df表示。 一、景深 电磁透镜景深Df与分辨率△r0、孔径半角α关系： 一般电磁透镜： α＝10－2rad～10－3rad Df＝(200～2000)△r0 如△r0＝1nm，则 Df＝(200～2000)nm。 样品厚度一般控制在200nm左右，在透镜景深范围之内，因此样品各部位的细节都能得到清晰的像。 电磁透镜景深 二、焦长 当透镜的焦距、物距一定时，像平面在一定的轴向距离内移动，也会引起失焦。如果失焦引起的失焦圆斑尺寸不超过透镜因衍射和像差引起的散焦斑大小，则对透镜的分辨率没有影响。 焦长定义：物点固定不变（物距不变）时，在保证成像清晰的条件下，像平面沿透镜主轴可移动的距离，用DL表示。 透镜焦长DL与分辨率△r0、像点所张孔径半角β的关系： 如△r0=1nm,α=10-2rad，M=200倍，则DL=8mm。 表明该透镜实际像平面在理想像平面上或下各4mm范围内移动时不需改变透镜聚焦状态，图像仍保持清晰。 对于由多级电磁透镜组成的电子显微镜来说，其终像放大倍数等于各级透镜放大倍数之积，因此终像的焦长更长，一般超过10～20cm不成问题。 电磁透镜的这一特点给电子显微镜图像的照相记录带来极大方便，只要在荧光屏上图像聚焦清晰，那么在荧光屏上或下十几厘米放置底片，所拍摄的图像也将是清晰的。 电磁透镜焦长 总结 1、电磁透镜使电子束聚焦原理 2、电磁透镜的像差