湖南大学：《材料测试技术（材料X射线衍射与电子显微分析）》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 电子光学基础

第七章电子光学基础 波与电磁透镜 镜的像差和分辨本领 的景深和焦长 印N 2021/2/22

2021/2/22 1 第七章 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

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 2021/2/22 HiN7-ZLI

2021/2/22 HNU－ZLP 2 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

7.1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 2021/2/22 HiN7-ZLI

2021/2/22 HNU－ZLP 3 7.1 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

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。 2021/2/22 HiN7-ZLI

2021/2/22 HNU－ZLP 4 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

最小分辨距离计算公式 d=0.61 n.sin o 其中 最小分辨距离 波长 n—透镜周围的折射率 C 透镜对物点张角的一半, n.sina称为数值孔径,用N.A表示 2021/2/22 HiN7-ZLI 5

2021/2/22 HNU－ZLP 5 ◼ 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

由于光的衍射,使得由物平面内的点0 O2在象平面形成B1、B2圆斑(Airy斑)。 若01、O2靠的太近,过分重叠,图象就 模糊不清 2021/2/22 HiN7-ZLI 6

2021/2/22 HNU－ZLP 6 ◼ 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

强度 Md B 图(a)点01、02形成两个Airy斑;图(b)是强度分布。 2021/2/22 HiN7-ZLI

2021/2/22 HNU－ZLP 7 O1 O2 d L B2 B1 Md D 强度 图（a）点O1 、 O2 形成两个Airy斑；图（b）是强度分布。 （a） （b）

0.81I 图(c)两个Airy斑 图(d)两个Airy斑图(e)两个Airy斑 明显可分辨出。 刚好可分辨出 分辨不出。 2021/2/22 HiN7-ZLI 8

2021/2/22 HNU－ZLP 8 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。 I 0.81I

对于光学显微镜,N.A的值均小于1,油浸 透镜也只有1.51.6,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。 2021/2/22 HiN7-ZLI 9

2021/2/22 HNU－ZLP 9 ◼ 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

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 Plank常数 h 6.63×10°J.S m 91×1028g 2021/2/22 订分户电子速度 10

2021/2/22 HNU－ZLP 10 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