材料分析方法13透射电镜电子光学基础课件.ppt

1、第三篇第三篇 透射电子显微学透射电子显微学光学显微镜能够将光学显微镜能够将人眼的分辨率提高人眼的分辨率提高10001000倍。倍。亚共晶白口铁亚共晶白口铁铸造铸造树枝状珠光体树枝状珠光体+变温莱变温莱氏体氏体共晶白口铁共晶白口铁铸造铸造变温莱氏体变温莱氏体光学显微镜的应用实例光学显微镜的应用实例蚊子的头蚊子的头部部(200倍倍)软木的细胞结构软木的细胞结构跳蚤的图片跳蚤的图片第一章第一章 电子光学基础电子光学基础VeVmh225.12060201.225(1 10)2(1)2heVVVm eVm cn影响分辨率的因素影响分辨率的因素1.2 电磁透镜电磁透镜1.短磁透镜的聚焦原理短磁透镜的聚焦原

2、理 3,焦距与加速电压焦距与加速电压及电子速度有关及电子速度有关,电电压越高压越高,电子速度越电子速度越大大,焦距也越长焦距也越长.因此因此在电子显微镜中需在电子显微镜中需要加速电压高速稳要加速电压高速稳定定,以减小透镜焦距以减小透镜焦距的变化的变化,降低色差降低色差,保保持高质量的电子像。持高质量的电子像。2.磁透镜的设计磁透镜的设计图图1.5 短磁透镜的不同设计模式短磁透镜的不同设计模式(a)只有线圈组成的短磁透镜，只有线圈组成的短磁透镜，(b)三面有软磁材料包围的短磁透镜，三面有软磁材料包围的短磁透镜，(c)带有环状狭缝的软磁铁壳短磁透镜，带有环状狭缝的软磁铁壳短磁透镜，(d)带有极靴的

3、短磁透镜。带有极靴的短磁透镜。电镜中的磁透镜头近似地等于单色光凸透镜电镜中的磁透镜头近似地等于单色光凸透镜（会聚）的作用（会聚）的作用磁透镜的两个基本用途：磁透镜的两个基本用途：任意捕获样品上一点发射的所有光线，任意捕获样品上一点发射的所有光线，然后再生成像上一点然后再生成像上一点 将平行光线聚焦到透镜焦平面上的一点将平行光线聚焦到透镜焦平面上的一点 电镜中的磁透镜电镜中的磁透镜 磁透镜中的像翻转磁透镜中的像翻转有效放大倍数有效放大倍数3.磁透镜的焦距与光学性质磁透镜的焦距与光学性质1.3 电子显微镜的像差电子显微镜的像差n3 电磁透镜的分辨率电磁透镜的分辨率 借助组合透镜的方法借助组合透镜的

4、方法,以及折射表面形状的以及折射表面形状的设计设计,可将像差消除到忽略不计可将像差消除到忽略不计,故光学透镜故光学透镜的分辨本领基本上由衍射决定的分辨本领基本上由衍射决定 =0.61/nsin 在光学上采用大的孔径角不会使像的质量变在光学上采用大的孔径角不会使像的质量变化化,可接近可接近90,故光镜的分辨率可近似地故光镜的分辨率可近似地认为等于半波长认为等于半波长.1.4 电磁透镜的景深和焦长电磁透镜的景深和焦长 1,景深景深 任何样品都有一定厚度。理论上，当透镜焦距、像距一定时，只有一层样品平任何样品都有一定厚度。理论上，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

5、像平面上获得该层平面的理想图像。偏离面与透镜的理想物平面相重合，能在像平面上获得该层平面的理想图像。偏离理想物平面的物点都存在一定程度的失焦，从而在像平面上产生一个具有一定理想物平面的物点都存在一定程度的失焦，从而在像平面上产生一个具有一定尺寸的尺寸的失焦园斑失焦园斑。如果失焦园斑尺寸不超过由如果失焦园斑尺寸不超过由衍射效应和像差衍射效应和像差引起的散焦斑，引起的散焦斑，那么对透镜分辨率不会产生影响。那么对透镜分辨率不会产生影响。景深：景深：当像平面固定时当像平面固定时(像距不变像距不变),能维持物像清晰的范围内能维持物像清晰的范围内,允许物平面允许物平面(样品样品)沿透镜主轴移动的最大距离沿

6、透镜主轴移动的最大距离Df。它与电磁透镜分辨率它与电磁透镜分辨率Dr0、孔径半角、孔径半角之间的关系之间的关系 取取 r0=1 nm,a=10-210-3rad则则 Df=2002000nm 试样（薄膜）一般厚试样（薄膜）一般厚200300nm，上述景深范围可保证样品整个厚度上述景深范围可保证样品整个厚度范围内各个结构细节都清晰可见。范围内各个结构细节都清晰可见。2,焦长焦长当透镜的焦距、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，当透镜的焦距、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，产生失焦园斑。若失焦园斑尺寸不超过透镜衍射和像差引起的散焦斑大小，则对产生失焦园斑

7、。若失焦园斑尺寸不超过透镜衍射和像差引起的散焦斑大小，则对透镜的分辨率没有影响。透镜的分辨率没有影响。定义：定义：固定样品的条件下（物距不变），象平面沿透镜主轴移动时仍能保持物像固定样品的条件下（物距不变），象平面沿透镜主轴移动时仍能保持物像清晰的距离范围，用清晰的距离范围，用DL表示，见图。表示，见图。DL与分辨率与分辨率Dr0、像点所张的孔径半角、像点所张的孔径半角之间的关系之间的关系 取取 r0=1 nm,=10-2rad若若 M=200，DL=8 mm若若 M=20000，DL=80 cm电磁透镜的这一特点给电子显微镜图象的照相记录带来了极大的方便，只要在荧电磁透镜的这一特点给电子显微镜图象的照相记录带来了极大的方便，只要在荧光屏上图象聚焦清晰，在荧光屏上或下十几厘米放置照相底片，所拍得的图象也光屏上图象聚焦清晰，在荧光屏上或下十几厘米放置照相底片，所拍得的图象也是清晰的。是清晰的。