电子光学基础课件.ppt

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1、第九章电子光学基础引言电子波与电磁透镜电磁透镜的像差和分辨本领电磁透镜的景深和焦长2021/9/812021/9/8HPU－LiQiang2引言电镜的发展历史1924年，德布罗意计算出电子波的波长1926年，布施发现轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦1932～1933年间，德国的劳尔和鲁斯卡等研制成功世界上第一台电子显微镜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2021/9/8HPU－LiQiang37.1电子波与电磁透镜光学显微镜的局限性电子波的波长电磁透镜2021/9/8HPU－LiQiang4光学显微镜的局限性一个世纪以来，人们一直用光学显微镜来揭示

2、金属材料的显微组织，借以弄清楚组织、成分、性能的内在联系。但光学显微镜的分辨本领有限，对诸如合金中的G.P区（几十埃）无能为力。2021/9/8HPU－LiQiang5最小分辨距离计算公式其中——最小分辨距离——波长——透镜周围的折射率——透镜对物点张角的一半，称为数值孔径，用N.A表示2021/9/8HPU－LiQiang6由于光的衍射，使得由物平面内的点O1、O2在象平面形成B1、B2圆斑（Airy斑）。若O1、O2靠的太近，过分重叠，图象就模糊不清。2021/9/8HPU－LiQiang7O1O2dLB2B1Md强度D图（a）点O1、O2形成两个Airy斑；图（b）是强度分布

3、。（a）（b）2021/9/8HPU－LiQiang8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。I0.81I2021/9/8HPU－LiQiang9对于光学显微镜，N.A的值均小于1，油浸透镜也只有1.5—1.6，而可见光的波长有限，因此，光学显微镜的分辨本领不能再次提高。提高透镜的分辨本领：增大数值孔径是困难的和有限的，唯有寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题。2021/9/8HPU－LiQiang10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；3）电子波根

4、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。电子波h——Plank常数，m——v——电子速度2021/9/8HPU－LiQiang11显然，v越大，越小，电子的速度与其加速电压（E)有关，即而则埃2021/9/8HPU－LiQiang12即若被150伏的电压加速的电子，波长为1埃。若加速电压很高，就应进行相对论修正。（参考教材P134表9-1）电子波长与加速电压的关系（经相对论修正）加速电压（kV）1020305060波长（Å）0.1220.08590.06980.05360.0487加速电压（kV）701002005001000波长（Å）0.04480.03700.0

5、2510.01420.00872021/9/8HPU－LiQiang131.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，从而达到成象的目的。由静电场制成的透镜——静电透镜由磁场制成的透镜——磁透镜电磁透镜2021/9/8HPU－LiQiang142.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.象差小。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.象差较大。目前，应用较多的是磁透镜，我们只是分析磁透镜是如何工作的。202

6、1/9/8HPU－LiQiang153.磁透镜结构剖面图图1-22021/9/8HPU－LiQiang164.磁透镜使电子会聚的原理OO’z图1-3（a）电子在磁透镜中的运动轨迹AC2021/9/8HPU－LiQiang17OO’AC图1-3（b）A点位置的B和v的分解情况2021/9/8HPU－LiQiang18电子在磁场中要受到磁场作用力：即圆周运动切向运动向轴运动2021/9/8HPU－LiQiang19当电子走到C点位置时，Br的方向改变180，Ft随之反向，即在C处有一离轴作用力，可以抵消与A点相当的向轴作用力，由于磁场中心部分比两旁的强，因此在A、C中心部分受到特别大的

7、向轴力是抵不掉的，电子继续向轴偏转。出磁场后又是直线运动。这条直线与轴成角，并与轴交于O’点。2021/9/8HPU－LiQiang20有极靴的透镜极靴使得磁场被聚焦在极靴上下的间隔h内，h可以小到1mm左右。在此小的区域内，场的径向分量是很大的。计算透镜焦距f的近似公式为:电子显微镜可以提供放大了的象，电子波长又非常短，人们便自然地把电子显微镜视为弥补光学显微镜不足的有利工具。E加速电压；S极靴孔径；I通过线圈的电流强度；N线圈每厘米长度上的圈数；F透镜的结构系数