第三部分-01-电子光学基础.ppt

* * * * * * * * * * * * 这里的M是总放大倍数。可见，焦长是很大的。例如， ， 时，DL＝80cm。因此，当用倾斜观察屏观察象时，以及当照相底片不位于观察屏同一象平面时，所拍照的象依然是清晰的。 ? 光 学 显 微 镜 电 子 显 微 镜 1 照明光源 可见光 电子波 2 照明光源 的性质 波动性 粒子性和波动性 3 成像原理 光波通过玻璃透镜而发生折射，从而会聚成像 电子束在轴对称的非均匀电场或磁场的作用下，而发生折射，从而产生电子束的会聚与发散，以达到成像的目的 4 透镜的放大倍数 一般最高在1000～1500之间 远远高于光学显微镜的放大倍数，其分辨本领高至纳米量级。 5 分辨率的影响因素 分辨本领主要取决于照明源的波长。 衍射效应和像差对分辨率都有影响。 6 透镜的像差 球差、色差、像域弯曲 球差、色差、像散 7 透镜焦距 固定不变 可变 8 透镜的功能 仅局限于形貌观察 集形貌观察、晶体结构、成分分析与一体。 9 透镜的主要组成部分 焦距很短的物镜、 焦距很长的目镜。 照明系统、成像系统、 观察与记录系统、 光学显微镜和电子显微镜成像的异同点 重点掌握 电磁透镜的像差类型，如何来消除和减少像差； 影响电磁透镜分辨率的关键因素是什么，如何提高电磁透镜的分辨率； 景深和焦长概念 光镜和电子显微镜成像的异同点 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 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）两个Airy斑 分辨不出 I 0.81I 对于光学显微镜，n·sinα的值均小于1，波长是透镜分辨率大小的决定因素。 200nm是光学显微镜分辨本来的极限 光学显微镜的分辨极限 问题:一般光学显微镜的最大有效放大倍数是多少？ 1000倍！ 那怎么样能够得到更大有效放大倍数的显微镜？ 用更短波长的光源！ 那什么光源更合适呢？ 二、 电镜的发展历史 （1）1924年，德布罗意计算出电子波的波长 （2）1926年，布施发现轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦 （3）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 （4）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) 电子的波长 比可见光波长更短的电磁波有： 1）紫外线 —— 会被物体强烈的吸收； 2）X 射线 —— 无法使其会聚 ； 电子波：根据德布罗意物质波的假设，即电子具有微粒性，也具有波动性。 三、 电子波与电磁透镜 电子波长与加速电压的关系（经相对论修正） 加速电压（kV） 10 20 30 50 60 波长（?） 0.122 0.0859 0.0698 0.0536 0.0487 加速电压（kV） 70 100 200 500 1000 波长（ ? ） 0.0448 0.0370 0.0251 0.0142 0.0087 U 可是凸透镜不能用来折射电子波呀？ 左手定则 H v v v v F F F F 电子在磁场中的运动和受力 (二) 电磁透镜 原理利用的是电子在磁场中的偏转现象。 1、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。 （1）由静电场制成的透镜—— 静电透镜 （2）由磁场制成的透镜 —— 磁透镜 2、磁透镜和静电透镜相比有如下的优点 磁透镜 静电透镜 1. 改变线圈中的电流强度可很方便的控制焦距和放大率； 2. 无击穿，供给磁透镜线圈的电压为60到100伏； 3. 像差小。 1. 需改变很高的加速电压才可改变焦距和放大率； 2. 静电透镜需数万伏电压，常会引起击穿； 3. 像差较大。 3、磁透镜使电子会聚的原理 O O’ z 电子在磁透镜中的运动轨迹 A C 即 圆周运动 切向运动 向轴运动 螺旋近轴运动 带铁壳的带极靴的透镜 有极靴 B（z） 没有极靴 无铁壳 z 磁感应强度分布图 几何象差是因为透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的；分球差和象散。 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。 四、 电子透镜的像差与分辨本领 (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。