材料分析测试技术课件第七章.pptVIP

§7—1 电子波与电磁透镜 一、光学显微镜的分辨率极限 分辨本领是指成像物体(试样)上能分辨出来的两个物点间的最小距离。光学显微镜的分辨本领为 要提高显微镜的分辨本领，关键是要有波长短，又能聚焦成像的照明光源。 l924年德布罗意(De Brolie)发现电子波的波长比可见光短十万倍。又过了两年，布施(Buseh)指出轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦。在此基础上，l933年鲁斯卡(Ruska)等设计并制造了世界上第一台透射电子显微镜。 二、电子波的波长 电子波的波长取决于电子运动的速度和质量，即 如果电子速度较低，则它的质量和静止质量相近，即m≈mo。如果加速电压很高，使电子具有极高的速度，则必须经过相对论校正，此时 表7-1 是根据7-4式计算出的不同加速电压下电子波的波长。 三、电磁透镜 使电子波聚焦成像的装置。 图7-1为电磁透镜的聚焦原理示意图。通电的短线圈就是一个简单的电磁透镜，它能造成一种轴对称不均匀分布的磁场。一束平行于主轴的入射电子束通过电磁透镜时将被聚焦在轴线上一点，即焦点。这与光学玻璃凸透镜对平行于轴线入射的平行光的聚焦作用十分相似。 图7—2为一种带有铁壳的电磁透镜示意图。导线外围的磁力线都在铁壳中通过，由于在软磁壳的内侧开一道环状的狭缝，从而可以减小磁场的广延度，使大量磁力线集中在缝隙附近的狭小区域之内，增强了磁场的强度。 为了进一步缩小磁场轴向宽度，还可以在环状间隙两边，接出一对顶端成圆锥状的极靴，如图7-3所示。带有极靴的电磁透镜可使有效磁场集中到沿透镜轴向几毫米的范围之内。图7-3(c)给出裸线圈，加铁壳和极靴后透镜磁感应强度分布。 与光学玻璃透镜相似，电磁透镜物距、像距和 焦距三者之间关系式及放大倍数为 (7—6) (7-7) 电磁透镜的焦距可由下式近似计算 (7-8) Ur——经相对论校正的电子加速电压； (IN)——电磁透镜激磁安匝数。 从式(7-8)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。 §7-2 电磁透镜的像差与分辨本领 一、像差——几何像差和色差 1、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。 2、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。 下面我们将分别讨论球差、像散和色差形成的原因并指出减小这些像差的途径。 (一)球差 由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律而造成。 （二）像散 像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起的。极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的材料材质不均匀以及极靴孔周围局部污染等原因，都会使电磁透镜的磁场产生椭圆度。非旋转性对称，会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，见图7-5。 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 = RA /M(M为透镜放大倍数)，用△rA来表示像散的大小△rA=△fAα 如果电磁透镜在制造过程中已存在固有的像散，则可以通过引入一个强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿，这个产生矫正磁场的装置就是消像散器。 (三)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。 图7—6为形成色差原因的示意图。若入射电子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点聚焦，而能量较低的电子在距光心较近的地点聚焦，由此造成了一个焦距差。使像平面在长焦点和短焦点之间移动时，也可得到一个最小的散焦斑，其半径为及Rc。 当Cc和孔径角α一定时，△E/E的数值取决于加速电压的