中国地质大学《材料研究方法》第8章 电子光学基础1.pptVIP

如何使运动的电子在磁场中会聚？ 轴对称的磁场 * 电磁透镜聚焦原理示意图1 a b * 电磁透镜聚焦原理示意图2 c * 玻璃凸透镜聚焦 电磁透镜聚焦原理示意图3 d * 与光学透镜相似，电磁透镜的物距、像距和焦距三者之间的关系式及放大倍数为： 1/f=1/L1+1/L2 M=L2/L1 M=f/(L1-f) f－焦距；L1－物距；L2－像距;M－放大倍数 * 电磁透镜的焦距可由下式近似计算 f=K[Ur/（IN)2] K－常数； Ur－经相对论校正的电子的加速电压； （IN)－电磁透镜激磁安匝数(励磁强度，为电流强度I和线圈匝数N之积）。 * 无论激磁方向如何，激磁焦距总是正的。 改变激磁电流，电磁透镜的焦距和放大倍数将发生相应改变。 电磁透镜是一种变焦距或变倍率的会聚透镜，这是它有别于光学玻璃凸透镜的一个特点。 * （2）电磁透镜的缺陷 电子波波长很短，在100KV的加速电压下，电子波波长为0.037?，用这样短波长的电子波做显微镜的照明源， 根据Δr0=1/2λ 显微镜的最小分辨率可达0.02?左右。然而到目前为止，电镜的最佳分辨率仍停留在0.01nm的水平。 Why？ * 像差分成两类，即几何像差和色差。 几何像差是因为透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的，几何像差主要指球差和像散 色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。 * 原因：电磁透镜存在像差 a、球差（球面像差） 球差是由于电磁透镜中心区域和边缘区域磁场强度的差异，从而造成对电子会聚能力不同而造成的。 远轴电子通过透镜时被折射得比近轴电子要厉害得多，因而由同一物点散射的电子经过透镜后不交在一点上，而是在透镜像平面上变成了一个漫射圆斑。 最小散焦斑 * b.像散 像散是由于透镜的磁场轴向不对称所引起的一种像差。磁场不同方向对电子的折射能力不一样，电子经透镜后形成界面为椭圆状的光束，使圆形物点的像变成了一个漫射圆斑。 * C、色差 色差是由于成像电子的能量或波长不同而引起的一种像差。能量大的电子在距透镜中心比较远的地点聚焦，而能量较低的电子在距透镜中心比较近的地点聚焦。结果使得由同一物点散射的具有不同能量的电子经透镜后不再会聚于一点，而是在像面上形成一漫射圆斑。 * 由于上述像差的存在，虽然电子波长只有光波长的十万分之一左右，但尚不能使电磁透镜的分辨率提高十万倍。 * (3) 电磁透镜的景深和焦长 a.景深 透镜的景深是指在保持像清晰的前提下，试样在物平面上下沿镜轴可移动的距离（或者说试样超越物平面所允许的厚度）。 换言之，在景深范围内，样品位置的变化并不影响物像的清晰度。 * 从原理上讲，当透镜的焦距一定时，物距和像距的值是确定的，这时只有一层样品平面与透镜的理想物平面相重合。 * 为什么还存在景深？ 偏离理想物平面的特点都存在一定程度的失焦，它们在透镜的像平面上将产生一个具有一定尺寸的失焦圆斑。如果失焦圆斑的尺寸不超过由衍射效应和像差引起的散焦斑，则不会影响电镜的分辨率。 * 因为衍射和像差的存在 如果把透镜物平面允许的轴向偏差定义为透镜的景深，用Df表示。则景深大小Df与物镜的分辨率Δr0、孔径半角α用下式表示： Df＝ 2Δr0/α * 上式表明，电磁透镜的孔径半角越小，景深越大；分辨率越大，景深越大。 一般电磁透镜的α＝10－2－10－3 rad，因此 Df＝(200?2000)Δr0 若Δr0＝1nm， 则 Df＝200—2000nm 即电子显微镜对于高度相差在200nm的物体，可以同时聚焦在成像平面上。 * b.焦长 焦深（或焦长）是指在保持像清晰的前提下，像平面沿镜轴可移动的距离，或者说观察屏或照相底版沿镜轴所允许的移动距离。 * 同样，当透镜焦距和物距一定时，像平面沿轴向一定距离内移动，也会引起失焦。但如果所引起的失焦尺寸不大于其他原因所引起的散焦斑大小，则对透镜的分辨率没有影响。 DL＝2 Δr0M2/α=Df·M2 * 一般的电镜焦长都超过10-20cm。 因此，只要图象在显示屏上是清晰的，那么在屏的上下10cm范围放置胶片，得到的图象依然是清晰的。 * 偏光、反光、锥光… 电子衍射装置、特征X射线波谱 仪、特征X射线能谱仪、俄歇电子谱仪 主要附件 光学透射、反射、干涉像 透射电子像、二次电子像、背散 射电子像、吸收电子像、X射线面 扫描像、X射线线扫描像等 主要图象 彩色或黑白 黑白灰度 图象特点 机械聚焦 电子聚焦、计算机控制 聚焦原理 1000倍时0.1um 1000倍时30um 景深 10－2