電子顯微鏡第一章電子光學(xué)基礎(chǔ)與電子透鏡ppt課件

1、1第一章電子光學(xué)根底與電子透鏡2第一節(jié) 電子光學(xué)根底光的折射光的折射n1n2v1v2 3光學(xué)透鏡成像光學(xué)透鏡成像ABBAFFL1L2f12111fLL4球差球差成像誤差5加發(fā)散透鏡消除球差6平面B透鏡平面物P光軸平面A成像誤差像散7色差成像誤差8聚焦和景深9mvh(1-1)電子的動(dòng)搖性及其波長(zhǎng) 運(yùn)動(dòng)的微觀粒子具有動(dòng)搖性，也就是說每一運(yùn)動(dòng)的微觀粒子具有動(dòng)搖性，也就是說每一束勻速直線運(yùn)動(dòng)的微觀粒子都與一個(gè)波相對(duì)束勻速直線運(yùn)動(dòng)的微觀粒子都與一個(gè)波相對(duì)應(yīng)，這個(gè)波的波長(zhǎng)應(yīng)，這個(gè)波的波長(zhǎng)與粒子的運(yùn)動(dòng)速度與粒子的運(yùn)動(dòng)速度、粒 子 質(zhì) 量粒 子 質(zhì) 量 m m 之 間 存 在 以 下 關(guān) 系之 間 存 在 以

2、 下 關(guān) 系：10一個(gè)初速度為零的電子，在加速電壓一個(gè)初速度為零的電子，在加速電壓U U的作用下獲得的作用下獲得的運(yùn)動(dòng)速度為的運(yùn)動(dòng)速度為，根據(jù)能量守恒定律：，根據(jù)能量守恒定律：221mveU (1-2)因此，因此，meUv211加速電壓比較低時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)速度比光速小得多，它的質(zhì)量近似等于電加速電壓比較低時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)速度比光速小得多，它的質(zhì)量近似等于電子靜止質(zhì)量，即：子靜止質(zhì)量，即：m=m0m=m0。由式。由式1-1)1-1)和式和式1-21-2整理得：整理得：Uemh021-312把把 h=6.62 h=6.6210-34 J.s, e=1.6010-34 J.s, e=1.6010-19 C

3、, 10-19 C, m0=9.11m0=9.1110-31 kg10-31 kg數(shù)值代入，式數(shù)值代入，式1-31-3可以可以簡(jiǎn)化為：簡(jiǎn)化為：U150 或者或者U25.12(1-4)推導(dǎo)上述式子的前提條件是：推導(dǎo)上述式子的前提條件是：cc，所以，所以它僅僅適用于加速電壓比較低的情況下。它僅僅適用于加速電壓比較低的情況下。13在電子顯微鏡中，普通電子的加速電壓為幾在電子顯微鏡中，普通電子的加速電壓為幾十千伏，因此電子波長(zhǎng)的計(jì)算，必需引入相十千伏，因此電子波長(zhǎng)的計(jì)算，必需引入相對(duì)論校正。思索電子運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論效應(yīng)，運(yùn)對(duì)論校正。思索電子運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)電子的質(zhì)量為：動(dòng)電子的質(zhì)量為：201cmm1

4、-5相應(yīng)電子的能量為：相應(yīng)電子的能量為：202cmmceUE1-614將將(1-1)(1-1)、(1-5)(1-5)和和(1-6)(1-6)三個(gè)式子整理，得到：三個(gè)式子整理，得到：)21 (220cmeUUemho1-7把把h h、e e、m0m0的值代入上式得到：的值代入上式得到：UU6109788. 0125.121-8其中其中 的單位為埃的單位為埃 ，U U單位為伏特。單位為伏特。15表1-1 電子波長(zhǎng)(經(jīng)過相對(duì)論修正)加速電壓加速電壓(kV)(kV)電子波長(zhǎng)電子波長(zhǎng)（ ）加速電壓加速電壓(kV)(kV)電子波長(zhǎng)電子波長(zhǎng)（ ）123451020300.3880.2740.2240.194

5、0.1730.1220.08590.06984050608010020050010000.06010.05360.04870.04180.03700.02510.01420.0068716U1U2v1v2 vt1vt2電場(chǎng)中等電位面與光學(xué)系統(tǒng)中兩介質(zhì)界面起著一樣的作用。電子在靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)17電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)18第二節(jié) 電子透鏡SI電子在軸對(duì)稱磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡電子在軸對(duì)稱磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡19 靜電透鏡靜電透鏡 光學(xué)玻璃凸透鏡光學(xué)玻璃凸透鏡20聚焦原理磁 透 鏡212223軟鐵線圈極靴dz 強(qiáng)磁透鏡構(gòu)造圖磁透鏡構(gòu)造2425Oz帶鐵殼的帶極靴的透鏡O26有極靴Bz沒有極靴無鐵殼z磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖

6、27122112fLffLfLfLLM磁透鏡的光學(xué)性質(zhì)12111fLL2)(INUKfr28電磁透鏡和光學(xué)透鏡的比較靜電透鏡和磁透鏡的比較29第三節(jié) 電子透鏡的缺陷和實(shí)際分辨間隔30PP透鏡物P光軸球 差最小散焦斑最小散焦斑NM31最小散焦斑半徑最小散焦斑半徑球 差3,sMsMCr復(fù)原到物平面上復(fù)原到物平面上3,sMssCMrr消除方法消除方法32理想像理想像枕形畸變像枕形畸變像桶形畸變像桶形畸變像旋轉(zhuǎn)畸變像旋轉(zhuǎn)畸變像像像 畸畸 變變33像像 散散平面BPA弱聚焦方向物P光軸PBfA 平面A強(qiáng)聚焦方向34AMAfMrAAfr 復(fù)原到物平面上復(fù)原到物平面上像像 散散最小散焦斑半徑最小散焦斑半徑電

7、磁式消像散器電磁式消像散器NSNSSSNNSS消除方法消除方法36色色 差差37EECrcc最小散焦斑，復(fù)原到物平面上，半徑為最小散焦斑，復(fù)原到物平面上，半徑為電子束能量變化的緣由電子束能量變化的緣由消除方法消除方法色色 差差38 在電子透鏡中，球差對(duì)分辨身手的影響最為重要，由于沒有一種簡(jiǎn)便的方法使其矯正，而其它象差，可以經(jīng)過一些方法消除。39電子透鏡的實(shí)際分辨身手sin.nd衍射效應(yīng)確定的透鏡的分辨身手 .d電鏡情況下n球差確定的透鏡的分辨身手3ssCr 40電子透鏡的實(shí)際分辨身手思索球差和衍射兩種效應(yīng)：思索球差和衍射兩種效應(yīng)：41361.0sssCCdr最佳相應(yīng)的最正確分辨身手：相應(yīng)的最正確分辨身手：4143sCd最小41目前通用的比較準(zhǔn)確的實(shí)際分辨率公式和最正目前通用的比較準(zhǔn)確的實(shí)際分辨率公式和最正確孔徑角公式為：確孔徑角公式為：4/14/14/14/34 . 143. 0ssCaCd最佳最小將各類電鏡缺陷的影響減至最小，電子透鏡的分辨身手比光學(xué)透鏡提高了一千倍左右。電子透鏡的實(shí)際分辨身手42RPQDfL1L2透鏡透鏡象平象平面面2X2MXL1L2D12d2d最小最小MMP1屏