8电子光学初级基础演示文稿.pptVIP

第八章 电 子 光 学 基 础 第一节电子波与电磁透镜 一、光学显微镜的极限分辨率 人眼分辩率约为: 0.2 mm。 光学显微镜：极限分辩率为 0.2μ m。比人眼分辩率提高了1000倍。 用光镜来观察材料内部显微组织，以弄清材料组织结构、成分与性能间内在联系，已成为工业生产和科研常用的工具，发挥着很大的作用。 随着科技的发展，对显微镜分辨率的要求愈来愈高。 光学显微镜：已无法分辨材料中许多更细微组织，而这些细微的组织对材料的性能有很大的影响。 一、光学显微镜的极限分辨率 如：高碳钢的隐晶马氏体精细组织， HD（5Cr8WMo2VSi）刀片用钢淬火后组织， 如：钢淬火后回火过程中的细小碳化物析出； 6CrW2Si钢淬火＋低温回火后组织（回火马氏体＋碳化物） 一、光学显微镜的极限分辨率 光镜分辩率为何不能再进一步提高呢？ 光的衍射现象是限制光镜的分辩率的主要原因。 1、光的衍射现象： 光的波动性，使得由透镜各部位折射到像平面上的像点及其周围区域的光波相互发生干涉作用而产生衍射现象。 一、光学显微镜的极限分辨率 一、光学显微镜的分辨率极限 3、埃利斑大小： 因光强度84％集中在中央亮斑，常以埃利斑的第一暗环的半径来衡量。由衍射理论推导得， 埃利斑半径 R0 ： 一、光学显微镜的分辨率极限 4、光学显微镜的分辨率 物体可视为由许多物点组成，每物点为一个“点光源”，经透镜后，在像平面上形成各自埃利斑像。 一、光学显微镜的分辨率极限（7） 一、光学显微镜的极限分辨率 C、瑞利（Rayleigh）分辩两Airy斑像的判据： 当两个 Airy 斑中心间距等于第一暗环半径R0，样品上两物点刚能被分辨，并定义为透镜的分辨率Δr0 。 一、光学显微镜的极限分辨率 由此可得，透镜的分辩本领： 一、光学显微镜的极限分辨率 上式说明： 透镜分辨率：即能分辩两点间的最小距离，取决于光波长，半波长为光学玻璃透镜分辩本领的理论极限。 可见光：波长：390 ～ 760nm，若取最小值400nm，则光镜极限分辨本领为200n（0.2μm）。 紫外线：波长更短（13 ～ 390 nm），但大多物质均强烈吸收紫外线，可供照明只限于200 ～ 250 nm，则其分辨率可达100nm（0.1μm）。 X射线：波长很短（0.05～10nm），但无法使其折射成像，故须寻找一种新光源。 二、电子波的波长 1924年11月，法国著名理论物理学家路易斯-维克多·德布罗意（Louls-Victor de Broglie 1892-1987）鉴于光的波粒二象性，在他的博士论文《量子理论的研究》中提出著名的物质波理论。 他认为：任何微观运动着的粒子，在一定的条件下也会显示出波动性，即任一匀速运动的微观粒子都有一个波与之对应，且不可能将物体的运动和波的传播分开。 并且，发现了电子波的波长比可见光短十万倍。这使人们想到电子束可作为新光源的可能性。 法国著名理论物理学家－德布罗意 路易斯-维克多·德布罗意（Louls-Victor de Broglie 1892-1987）：1892年2月15日生于法国一贵族家庭。 1910年，获巴黎大学文学学士学位，后转向理论物理学。1913年，又获理学士学位。 二、电子波的波长 那末，电子束的波长是不是很短？ 根据德布罗意公式，电子波长λ与其运动速度 v 和质量 m 存在如下关系，即 二、电子波的波长 将h、e、m数值代入， 二、电子波的波长 由此计算出不同加速电压下电子波波长，如下表。 三、电磁透镜 1、电磁透镜： 在透射电镜中用磁场使电子束聚焦成像的装置。 它利用通电电磁线圈激磁，能产生旋转对称的非均匀磁场的磁极装置，其等磁位面形状与光学凸透镜界面相似。 电磁透镜优点：不易受高压影响，安全、调节磁场方便，从而调整焦距和放大倍数。 一个通电短线圈即为最简单的电磁透镜。 三、电磁透镜 2、电磁透镜的聚焦原理: 通电短线圈即为最简单的电磁透镜，它能造成轴对称不均匀分布的磁场，磁力线围绕导线呈环状。 三、电磁透镜 a、电子以速度V 进入磁场 A 点，电子受到 Br 分量作用。由右手法则，电子所受切向力Ft 。 b、切向力Ft 使电子获得切向速度Vt，Vt 随即和Bz 分量叉乘，形成另一向透镜主轴靠近的径向力Fr ， c、径向力Fr 使电子向主轴偏转（聚焦）。 三、电磁透镜 d、电子到达 B 点，Br方向改变了180o，Ft 随之反向，但Ft 反向只能使Vt 变小，而不能改变Vt 方向。 因此，穿过线圈的电子仍然趋向于向主轴靠近。 三、电磁透镜 电子穿过线圈，在磁场作用下做圆锥螺旋近轴运动。 因此，一束平行主轴的电子束通过电磁透镜将被聚焦在轴线上一点，即焦点。 三、电磁透镜 电磁透镜对电子的聚焦作用：与光学玻璃透镜对