CH5 显微分析及微束分析.ppt

CH 5 显微分析与微束分析 5-1-1显微成像与视觉壁垒 5-1-2光波与电子波的聚焦原理 电子在电磁场中螺旋运动 电磁透镜工作原理 电磁透镜聚焦原理 两种聚焦类比和广义聚焦 透镜的像差和实际分辨率 最佳孔径角与显微镜实际分辨率 透镜成象公式与作图 透镜成象作图 阿贝衍射成像原理 显微镜技术参数 微观世界层次与显微技术分类 光镜(OM)、电镜(TEM)光路比较 5-2聚焦型显微镜 明场像与暗场像 偏光显微镜 透射电子显微镜 透射电镜结构原理 显微成像的光路图 选区成像与选区衍射 明场像、暗场象和中心暗场像 透射电镜的质厚衬度 透射电镜的质厚衬度 晶体的衍射衬度 晶体缺陷衍射衬度 TEM高分辨像 表面与界面高分辨像 * * 光信息具有并行处理能力 5-1 显微学基础 5-1-1显微成像与视觉壁垒 (图像基本概念，人类视觉局限，阿贝公式与视觉壁垒) 5-1-2 显微聚焦与象差 （折射聚焦，电磁透镜聚焦，聚焦类比与内涵） 5-1-3 显微镜的象差与分辨率（球差，象散与色差,最佳孔径角与实际分辨率） 5-1-4 显微成像过程与光学滤波 （几何光学作图，成像公式，阿贝衍射成像原理） 5-1-5 显微镜的技术参数和显微技术分类（显微镜技术参数，微观层次，显微技术分类） 图像基本概念: 衬度,灰度,分辨率 2. 人类视觉局限 衬度≥5%,灰度≤20级 点分辨率≥0.2-0.1 mm 3. 阿贝公式与视觉壁垒 艾利斑,瑞利判据 显微镜分辨率的阿贝公式 δ= 0.61λ/n sinα = 0.61λ/ N.A 式中: λ入射波长, n介质折射率,α孔径半角 N.A 数值孔径 艾利斑和瑞利判据 光传播直线性独立性 1．光学聚焦的折射定律 式中:θ入射角γ折射角 V1, V2 各介质中光速 λ1,λ2 各介质中波长 n1,n2 各介质折射率 N21 相对折射率 电子e在磁场中受罗伦兹力 作圆周运动 罗伦兹力=向心力 F=-e.B×V 或 |F|= e.B.V.sinα = m(V.sinα)2/R 式中: V 电子速度 α 电子偏离主轴夹角 R 圆周运动半径 B或H 磁场强度 e,m 电子电量,质量 螺线运动半径R→ 电子旋转周期τ→ 螺线截距 ι→磁透镜焦距 f a.电子在短螺圈磁场受力, b.电子运动轨迹, c.实际磁透镜 由罗伦兹力 |F|= e.B.V.sinα = m(V.sinα)2/R 螺线运动半径 R= mV.sinα/eB 电子旋转周期 τ= 2πR / V.sinα= 2πm/eB 螺线截距 ι ι=τVcosα= (2πm/eB) Vcosα 电磁透镜焦距变化率Δ f ∞ Δι ∞ Vcosα/B 高速电子在电磁场中 直线+圆周=螺旋运动 1. 费马(Fermat)最快到达原理： 同一点源发出的场波，总沿着最快的路径,走最短的物理波程；这就是说，光波传播的同时性; 其物理光程为∫ndx →min 。这里起调制作用的关键是介质的折射率n. 2. 欧勒(Enler)最小作用量原理： 同一运动质粒（或称费米子）总是沿着最小阻力路径，消耗最小的作用量。物理作用量 在电场中为∫Udx →min ；在磁场中为 ∫Hdx →min 。 3. 广义聚焦原理: 自然界所有自发变化过程走熵变dS最小的路径，即∫dS→min 像差:聚焦的偏差造成映象的畸变 几何像差: 球差、像散(→畸变) 物理像差: 色差 Δ f ∞ Δι ∞ Vcosα/B 球差: rs = Cs α3 像散: rXY∞α/ΔBXY 色差: rE ∞α ΔV/V = αΔU/U 减球差→小孔径(α)近轴成像 消像散→调轴对中(同轴) 消色差→单色(速)波→(电镜)稳电压 显微镜的分辨能力由衍射效应和实际像差决定. 光学显微镜(OM)分辨率主要取决于衍射效应，主要制约因素是波长 λ , (δ~ λ/2) 电子显微镜(EM)分辨率主要取决于实际像差,主要制约因素是引起球差的孔径半角α δ= 0.61λ/n sinα rs = Cs α3