方法-第八章选读.ppt

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四、电磁透镜特点 会聚透镜 其中:f-焦距;L1-物距;L2-像距;M-放大倍数。 可变焦:改变激磁电流I 可变倍率:改变激磁电流I 景深大 焦长长 小孔径角成像 第二节 电磁透镜的像差与分辨本领 球差的原理及其消除方法 像散的原理及其消除方法 色差的原理及其消除方法 影响电磁透镜分辨本领的因素 实际的成像总是存在着对理想成像的偏离,这就是像差。 电磁透镜像差是限制电镜分辨率的重要原因。 校正像差,特别是球差、像散,一直是电子光学的一个重要的研究课题 电磁透镜的像差种类 几何像差:球差;像散 色差 一、电磁透镜的像差 透镜对离轴电子比离轴近的电子有更强的会聚能力,因而在高斯平面上,一个物点的像不再是一个点,而是一个圆盘。 最小球差散焦斑 其中:Cs-球差系数1-3mm;α-孔径半角。 (一)球差 物镜上两点的距离<2△rs时,该透镜不能分辨,在像平面上得到一个点,所以 △rs越小,分辨率越高。 如何减小球差? 消除球差的方法三:改变透镜形状。(很难)。 消除方法一:小孔径成像 消除球差的方法四:多片透镜组合(只适合于光学) 消除方法二:大的激磁电流可以减小透镜球差(减小球差系数) (二)像散 像散是由透镜磁场的非旋转对称引起的像差。当极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的磁性材料的材质不均以及极靴孔周围的局部污染等都会引起透镜的磁场产生椭圆度。 将RA折算到物平面上得到一个半径为ΔrA的漫散圆斑,用ΔrA表示像散的大小,其计算公式为: 像散是可以消除的像差,可以通过引入一个强度和方位可调的矫正磁场来进行补偿。产生这个矫正磁场的装置叫消像散器。 电磁透镜出现椭圆度时造成的焦距差 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。 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。 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透镜光心较近的地点聚焦,由此造成了一个焦距差。 最小的散焦斑RC。同样将RC折算到物平面上,得到半径为ΔrC的圆斑。色差ΔrC由下式来确定: Cc是色差系数, 是电子束能量变化率。 引起电子能量波动的原因有两个,一是电子加速电压不稳,致使入射电子能量不同;二是电子束照射试样时和试样相互作用,部分电子产生非弹性散射,致使能量变化。 当Cc和孔径角?一定时, 的数值取决于加速电压的稳定性和电子穿过样品时发生非弹性散射的程度。如果样品很薄,则可把后者的影响略去,因此采取稳定加速电压的方法可以有效减小色差。 电镜分辨本领、分辨率 是指电镜系统能识别物中两个相邻点的能力;所能识别的两个相邻点之间的最小距离称之为分辨率?r0 . 显微镜的理想分辨率: 物镜不存在像差时的分辨率 也就是由衍射决定的Airy斑的第一个极小值的半径,亦即Rayleigh判据 电磁透镜的分辨率由衍射效应和球面像差来决定。 物镜的球差直接限制了电镜的分辨率。 二、分辨率 (一)衍射效应对分辨本领的影响 衍射效应所限定的分辨本领的Rayleigh公式 ?—波长;N—介质的相对折射系数; ?—透镜的孔径半角。 ?r0 表示成像物体(试样)能分辨出来的两个物点间的最小间距,表示透镜分辨本领的大小 ?r0越小,透镜的分辨本领越高 ?r0是衍射效应散焦斑的第一暗环半径折算到物平面的尺寸 二、分辨本领 Airy斑:由于衍射效应,在像平面上得到的并不是一个点,而是一个中心最亮,周围带有明暗相间同心圆环的圆斑。 二、分辨本领 衍射效应决定的分辨本领?r0 由于衍射效应,两个物点刚好能被分辨时的间距约等于衍射效应散焦斑的第一暗环半径折算到物平面的尺寸,即?r0 电子波长越短,衍射效应散焦斑越小,透镜分辨本领越高 孔径半角越大,衍射效应散焦斑越小,透镜分辨本领越高。 (二)像差的影响 和衍射效应类似,折算到物平面的像差散焦斑?rs、 ?rA和?rC就成了像差所限定的分辨本领。 球差:必须采用小孔径角成像来减小球差; 像散:可以用消像散器来减小和消除; 色差:通过提高加速电压稳定度和采用薄样品来控制。 二、分辨本领 最佳孔径半角 由于衍射散焦斑和球差散焦斑随着 α 的 变化相反,必须求出最佳孔径半角α0 电磁透镜的分辨本领为 A=0.4-0.55, 典型分辨本领可达到1 ?数量级。 二、分辨本领 第三节 电磁透镜的景深与焦长 一、景深 二、焦长 在物平面上得到较清晰影像的最近被摄点与最远被摄点间的距离称为景深。 Df 定义 透镜物平面允许的轴向偏差(移动距离)。 公式 典型值:

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