第一章 电子光学基础幻灯片.pptVIP

电磁透镜的焦距f可由下式求得 K－常数；Ur－经相对论校正的电子加速电压；I －通过线圈的电流强度；N －线圈每厘米长度上的圈数. 二 电子波的波长 电子波的波长取决于电子的运动速度和质量: 三 电磁透镜 电磁透镜和静电透镜相比有如下的优点 一束平行于主轴的入射电子束通过电磁透镜将被聚焦在轴线上一点，即焦点F 4.1.1 球 差 五 电磁透镜的景深和焦长 电磁透镜分辨本领大，景深大，焦长长。 景深（或场深）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。 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。 电磁透镜所以有这种特点，是由于所用的孔径角非常小的缘故。这种特点在电子显微镜的应用和结构设计上具有重大意义。 5.1、景深 5.2 焦长 * * 中南大学 材料科学与工程学院 艾　延　龄 E-mail: ylai@mail.csu.edu.cn 第一章 电子光学基础 电子镜 聚光镜 试样 物镜 中间象 投影镜 观察屏 照相底板 光源 物镜 试样 聚光镜 目镜 毛玻璃 照相底板 一 电磁透镜和光学透镜的比较 d l 物 透镜 像 与光学透镜的成像原理相似，电磁透镜的物距（d）、像距（l）和焦距（f）三者之间也满足以下关系式： 放大倍数M与三者之间的关系为： 从上式可看出，无论激磁方向如何，电磁透镜的焦距总是正的。改变激磁电流，电磁透镜的焦距和放大倍数将发生相应变化。因此，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。 吸收、反射衬度 质厚、衍射、相位、Z－衬度 衬度 机械操作 电磁控制、电子计算机控制 聚焦方式 数倍~2000倍 几十倍~数百万倍 放大倍数 2000? (可见光), 1000?(紫外线) 点分辨率1-3 ?，线分辨率0.5-2? 分辨本领 ~70o ~几度 孔径角 玻璃透镜 电磁透镜 透镜 大气 真空 介质 7600?(可见光) ~ 2000?(紫外线) 0.0589?(20kV) ~ 0.00687?(1MV) 波长 可见光 电子束 射线源 光学显微镜 电子显微镜 项 目 电子显微镜和光学显微镜的比较 υ —电子速度，它和加速电压U之间存在下面的关系。 h－普朗克常数， m－电子的质量，m0＝ （ ∵ ） 0.0164 0.0197 0.0251 0.0335 0.037 电子波长/? 400 300 200 120 100 加速电压/kV 常用TEM的电子波长与加速电压的关系： 其中 ∴ 电子是带负电的粒子，在静电场中会受到电场力的作用，使运动方向发生偏转，设计静电场的大小和形状可实现电子的聚焦和发散。由静电场制成的透镜称为静电透镜，在电子显微镜中，发射电子的电子枪就是利用静电透镜。 运动的电子在磁场中也会受磁场力的作用产生偏折，从而达到会聚和发散，由磁场制成的透镜称为磁透镜。用通电线圈产生的磁场来使电子波聚焦成像的装置叫电磁透镜。 1. 需改变加速电压才可改变焦距和放大率； 2. 静电透镜需数万伏电压，常会引起击穿； 3. 像差较大。 1. 改变线圈中的电流强度可很方便的控制焦距和放大率； 2. 无击穿，供给电磁透镜线圈的电压为60到100伏； 3. 像差小。 静电透镜 电磁透镜 目前，应用较多的是磁透镜，我们只分析磁透镜是如何工作的。 V vt vr 类比光学玻璃凸透镜 有极靴的透镜极靴使得磁场被聚焦在极靴上下的间隔h内，h可以小到几个mm。在此小的区域内，磁场强度得到加强。 有极靴 Bz 没有极靴 无铁壳 z h 四 电磁透镜的像差及对分辨率的影响 电磁透镜也存在缺陷，使得实际分辨距离远小于理论分辨距离，对电镜分辨本领起作用的像差有几何像差（球差、像散等）和色差。 4.1、像差 几何像差是因为透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的； 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。 离开透镜主轴较远的电子(远轴电子)比主轴附近的电子(近轴电子)被折射程度要大。当物点P通过透镜成像时，电子就不会会聚到同一焦点上，从而形成了一个散焦斑. 球差是由于电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的。 散焦斑的半径RS可以表示为： 散焦斑的半径在原来的物平面的折算值可以表示成： 上面的公式中，M为放大倍数；Cs为球差系数；α为孔径半角；由上面的式子可以看出，为了减少由于球差的存在而引起的散焦斑，可以通过减小球差系数和缩小成像时的孔径半角来实现。对于目前普通的电镜来说，其物镜的焦距