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第二篇 电子显微分析 第七章 电子光学基础 ◆ 电子波与电磁透镜 ◆ 电磁透镜的像差与分辨本领 ◆ 电磁透镜的景深与焦长 §7-1 电子波与电磁透镜 ◆ 光学显微镜的分辨率极限 ◆ 电子波 ◆ 电磁透镜 ◆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。显微镜的分辨本领为 式中λ—照明光源的波长。 光学显微镜分辨本领的极限为2000?。因此，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。 ◆电子波的波长 ◆ 电磁透镜-----原理 透射电子显微镜中用磁场来使电子波聚焦成像的装置是电磁透镜。 ◆ 电磁透镜-----几何关系 ◆ 电磁透镜-----类型 软磁壳电磁透镜 极靴透镜 ： 在铁壳内,通过部件组装成四个向轴中心延伸的锥状圆柱形,形成靴形,使有效磁场集中在轴向很短距离内(几毫米) .极靴透镜中心BZ ↑,弯曲↑,聚集能力↑,焦距短 §7-2 电磁透镜的像差与分辨本领 ◆ 像差 ◆ 分辨率 ◆像差 --------球差 ◆像差 --------象散 磁场非旋转对称引起。由于极靴被污染，或极靴的机械不对称性，或极靴材料各项磁导率差异引起透镜磁场不对称。有的方向电子束的折射比别的方向强，旋转对称磁场:自镜中心引径向等距离,其折射能力相同. 非完全旋转对称磁场 (OA=0B).,但像散可通过加装消像散器矫正磁场消除,如图最小焦斑半径: ◆像差 --------色差 电子波长波动 产生的最小焦斑半径 分辨率 : ◆ 分辨率 电磁透镜分辨率由衍射效应和球面球差决定 1.衍射效应对分辨率的影响 由透镜各部分折射到像平面上的电磁波与周围区 域的光波间相互产生干涉现象,称之衍射现象结果 在像平面上得不到理想的像点,而形成一个有一定 尺寸的中央斑,周围明暗相间的圆环,称为埃利斑. 当两埃利斑峰谷强度达到最高峰强度的△I=19%I 时,能分辨出两相斑,此时两相斑距离等于埃利斑 半径.两相斑进一步靠近,肉眼不能分辨.由此 . ◆ 分辨率 2.像差对分辨率的影响 像散通过消像散器消除,色差通过稳定电压 克服,球差目前无法克服.综合衍射效应、 球差两因素: 对、作用相反,两者兼顾, = ,得 A=0.4-0.55,所以电磁透镜的最佳分辨率1A0 §7-3 电磁透镜的景深与焦长 ◆ 景深 ◆ 焦长 ◆ 景深 景深:不影响分辨率条件下,电磁透镜物平面 允许的轴向偏差. 电磁透镜 , ,当 =10A0, ---2000nm. 故加速电压100KV 范围内,试样厚度在200nm内 ◆ 焦长 焦长: 不影响透镜分辨率条件下,像平面可 沿轴向平移距离 * * 电子显微镜的照明光源是电子波。电子波的波长 取决于电子运动的速度和质量，即 式中h—普朗克常量 m—电子的质量 U—电子的速度，它和加速电压U之间存在下面的关系 e—电子所带电荷 如果电子速度较低，则它的质量和静止质量相近，即 。 如果加速电压很高，使得电子具有极高的速度，则必须经过相对论校正，此时 C—为光速 可见光的波长在3900~7600 ?之间，从计算出的电子波长来看，在常用100~200kv加速电压下，电子波的波长要比可见光小5个数量级。 A C O O’ Z 电磁透镜的聚焦原理示意图 与光学玻璃透镜相似，电磁透镜物距、像距、焦距三者关系式及放大倍数满足： 式中 f—焦距 L1—物距 L2—像距 M—放大倍数 电磁透镜的焦距可由下式近似计算 式中 K—常数 Ur—经相对论校正的电子加速电压 IN—电磁透镜激磁安匝数 由上式可知无论激磁方向如何，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变化。因此，电磁透镜是一种变焦距或便倍率的汇聚透镜，这是它有别于光学透镜的一个特点。 O z 带铁壳的带极靴的透镜 O’ 电磁透镜近轴区和远轴区对电子折射能力不同,由一点发出的电子束,经电磁电磁透镜不能聚集电子于一点,而为一散射斑半径为 ?  还原到物平面，则 ?  CS为球差系数，最佳值是1~3mm 。 α