第9章 电子光学基础解析.ppt

第九章 电子光学基础 一. 电镜的发展历史 1924年，德布罗意计算出电子波的波长 1926年，布施发现轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦 1932～1933年间，德国的劳尔和鲁斯卡等成功研制世界上第一台电子显微镜 1939年，德国的西门子公司生产出分辨本领优于10nm的商品电子显微镜 (一) 光学显微镜的局限性 一个世纪以来，人们一直用光学显微镜来揭示金属材料的显微组织，借以弄清楚组织、成分、性能的内在联系。但光学显微镜的分辨本领有限，对诸如合金中的G.P 区（几十埃）无能为力。 最小分辨距离计算公式 对于光学显微镜，N.A的值均小于1，油浸透镜也只有1.5－1.6，而可见光的波长有限，因此，光学显微镜的分辨本领不能再次提高。 提高透镜的分辨本领：增大数值孔径是困难的和有限的，唯有寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题。 N.A_（Numerical Aperture )光纤的数值孔径，是指能够保证全反射的最大入射角度。表示光纤接收和传输光的能力。一般用一个光锥去描述，这个光锥角的正弦值大小就是数值孔径。 (二) 电子的波长 电子可以凭借轴对称的非均匀电场、磁场的力，使其会聚或发散，从而达到成像的目的。 由静电场制成的透镜—— 静电透镜 由磁场制成的透镜 —— 磁透镜 磁透镜和静电透镜相比有如下的优点 当电子走到C点位置时，Br的方向改变180，Ft随之反向，即在C处有一离轴作用力，可以抵消与A点相当的向轴作用力， 由于磁场中心部分比两旁的强，因此在A、C中心部分受到特别大的向轴力是抵不掉的，电子继续向轴偏转。出磁场后又是直线运动。这条直线与轴成?角，并与轴交于O’点。 (一) 球差 定义：球差是由于电子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。 成因：远轴的电子通过透镜折射得比近轴电子要厉害的多，以致两者不交在一点上，结果在像平面成了一个漫散圆斑，半径为 还原到物平面，则 为球差系数。 为孔径角，透镜分辨本领随 增大而迅速变坏。 减小措施：减小 ；缩小 引起电子束能量变化的主要有两个原因： 电子的加速电压不稳定； 电子束照射到试样时，和试样相互作用，一部分电子发生非弹性散射，致使电子的能量发生变化。 使用薄试样和小孔径光阑将散射角大的非弹性散射电子挡掉，将有助于减小色散。 (四) 理论分辨距离 光学显微镜的分辨本领基本上决定于像差和衍射，而像差基本上可以消除到忽略不计的程度，因此，分辨本领主要取决于衍射。 电子透镜中，不能用大的孔径角，若这样做，球差和象差就会很大，但可通过减小孔径角的方法来减小象差，提高分辨本领，但不能过小。 四. 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。 景深是指在保持象清晰的前提下，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。 焦长是指在保持象清晰的前提下，象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。 电子透镜之所以有这种特点，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。 相对应的最佳光阑直径 式中的f 为透镜的焦距。将 代入可得 目前，通用的较精确的理论分辨公式和最佳孔径角公式为 将各类电镜缺陷的影响减至最小，电子透镜的分辨本领比光学透镜提高了一千倍左右。 * * 【教学内容】 1. 电子波与电磁透镜。 2. 电磁透镜的分辨率。 3. 透镜的景深和焦长。 【重点掌握内容】 1. 电磁透镜的像差。 2. 电磁透镜的分辨本领。 3. 电磁透镜的景深和焦长。 【教学难点】 电子在磁场中的运动和磁透镜。 二. 电子波与电磁透镜 其中： ——最小分辨距离 ——波长 ——透镜周围的折射率 ——透镜对物点张角的一半 ——称为数值孔径 O1 O2 d L B2 B1 Md 强度 D 图（a）点O1 、 O2 形成两个Airy斑；图（b）是强度分布 （a） （b） 图（c）两个Airy斑 明显可分辨出 图（d）两个Airy斑 刚好可分辨出 图（e