电子光学基础讲义.ppt

综上分析可知，若只考虑衍射效应，在照明光源和介质一定的条件下，孔径角α越大，透镜的分辨本领越高。(二)像差对分辨率的影响如前所述，由于球差、像散和色差的影响．物体(试样)上的光点在像平面上均会扩展成散焦斑。各散焦斑半径折算回物体后得到的Δrs、ΔrA、Δrc值自然就成了由球差、像散和色差所限定的分辨本领。因为电磁透镜总是会聚透镜，至今还没有找到一种矫正球差行之有效的方法。所以球差使成为限制电磁透镜分辨本领的主要因素。若同时考虑衍射和球差对分辨本领的影响时，则会发现改善其中一个因素时会使另一个因素变坏。为了使球差变小，可通过减小α来实现．但从衍射效应来看，α减小将使Δro变大，分辨本领下降。因此，两者必须兼顾。关键是确定电磁透镜的最佳孔径半角α。，使得衍射效应Airy斑和球差散焦斑尺寸大小相等，表明两者对透镜分辨本领影响效果一样。令Δr0=Δrs,求出这样，电磁透镜的分辨本领为Δro=Aλ3/4Cs1/4，A为常数，A＝0.4~0.55.目前．透射电镜的最佳分辨本领达10-lnm数量级。如日本日立公司的H—9000型透射电镜的点分辨率为1.8A。第三节电磁透镜的景深和焦长一、景深电磁透镜的另一特点是景深(或场深)大，焦长很长，这是由于小孔径角成像的结果。任何样品都有一定的厚度,从原理上讲，当透镜焦距、像距一定时，只有一层样品平面与透镜的理想物平面相重合．能在透镜像平面获得该层平面的理想图像。而偏离理想物平面的物点都存在一定程度的失焦，它们在透镜像平面上将产生一个具有一定尺寸的失焦圆斑。如果失焦圆斑尺寸不超过由衍射效应和像差引起的散焦斑，那么对透镜像分辨本领并不产生什么影响。因此，我们把透镜物平面允许的轴向偏差定义为透镜的景深，用Df来表示，如图7—9所示。它与电磁透镜分辨本领Δr0、孔径半角α之间关系这表明，电磁透镜孔径半角越小，景深越大。一般的电磁透镜α＝10-2—10-3rad，Df＝(200—2000)Δr0。如果透镜分辨本领Δr0=10A，则Df＝200—2000A。对于加速电压100kv的电子显微镜来说，样品厚度一般控制在2000A左右，在透镜景深范围之内，因此样品各部位的细节都能得到清晰的像。如果允许较差的像分辨率(取决于样品)，那么透镜的景深就更大了。电磁透镜景深大，对于图像的聚焦操作(尤其是在高放大倍数情况下)是非常有利的。二、焦长当透镜焦距和物距一定时，像平面在一定的轴向距离内移动，也会引起失焦。如果失焦引起的失焦斑尺寸不超过透镜因衍射和像差引起的散焦斑大小，那么像平面在一定的轴向距离内移动，对透镜像的分辨率没有影响。我们把透镜像平面允许的轴向偏差定义为透镜的焦长，用DL表示，如图7—10所示。从图上可以看到透镜焦长DL与分辨本领Δr0、像点所张的孔径半角β之间的关系式中M——透镜放大倍数。当电磁透镜放大倍数和分辨本领一定时，透镜焦长随孔径半角减小而增大。如一电磁透镜分辨本领Δro=10A，孔径半角α=10-2rad，放大倍数M＝200倍，计算得焦长DL＝8×l07A＝8mm。这表明该透镜实际像平面在理想像平面上或下各4mm范围内移动时不需改变透镜聚焦状态，图像仍保持清晰。对于由多级电磁透镜组成的电子显微镜来说，其终像放大倍数等于各级透镜放大倍数之积。因此终像的焦长就更长了，一般说来超过10—20cm是不成问题的。电磁透镜的这一特点给电子显微镜图像的照相记录带来了极大的方便。只要在荧光屏上图像是聚焦清晰的，那么在荧光屏上或下十几厘米放置照相底片，所拍摄的图像也将是清晰的。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。*电子光学基础第一节电子波与电磁透镜一、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。光学显微镜的分辨本领为△r0=1/2λ式中λ——照明光源的波长上式表明，光学显微镜的分辨本领取决于照明光源的波长。在可见光波长范围，光学显微镜分辨本领的极限为2000A。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。1924年德布罗意(DeBrolie)发现电子波的波长比可见光短十万倍。又过了两年，布