电子显微镜第一章电子光学基础与电子透镜.ppt

第一章电子光学基础与电子透镜
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1
第一节电子光学基础
光的折射
n1
n2
v1
v2
θ
γ
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2
光学透镜成像
A
B
B’
A’
F
F
L1
L2
f
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1
第一节电子光学基础
光的折射
n1
n2
v1
v2
θ
γ
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2
光学透镜成像
A
B
B’
A’
F
F
L1
L2
f
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3
球差
成像误差
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4
加发散透镜消除球差
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5
平面B
透镜平面
物
P
光轴
平面A
成像误差
像散
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6
色差
成像误差
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7
聚焦和景深
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8
(1-1)
电子的波动性及其波长
运动的微观粒子具有波动性,也就是说每一束匀速直线运动的微观粒子都与一个波相对应,这个波的波长与粒子的运动速度、粒子质量m之间存在以下关系:
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9
一个初速度为零的电子,在加速电压U的作用下获得的运动速度为,根据能量守恒定律:
(1-2)
因此,
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10
加速电压比较低时,电子运动速度比光速小得多,它的质量近似等于电子静止质量,即:m=m0。由式(1-1)和式(1-2)整理得:
(1-3)
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11
把h=10-,e=10-19C,m0=10-31kg数值代入,式(1-3)可以简化为:
或者
(1-4)
推导上述式子的前提条件是:υ<<c,所以它仅仅适用于加速电压比较低的情况下。
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12
在电子显微镜中,一般电子的加速电压为几十千伏,因此电子波长的计算,必须引入相对论校正。考虑电子运动的相对论效应,运动电子的质量为:
(1-5)
相应电子的能量为:
(1-6)
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13
将(1-1)、(1-5)和(1-6)三个式子整理,得到:
(1-7)
把h、e、m0的值代入上式得到:
(1-8)
其中λ的单位为埃Å,U单位为伏特。
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14
表1-1电子波长(经过相对论修正)
加速电压(kV)
电子波长(Å)
加速电压(kV)
电子波长(Å)
1
2
3
4
5
10
20
30








40
50
60
80
100
200
500
1000








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15
U1
U2
v1
v2
θ
γ
vt1
vt2
电场中等电位面与光学系统中两介质界面起着相同的作用。
电子在静电场中的运动
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16
电子在磁场中的运动
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17
第二节电子透镜
S
I
电子在轴对称磁场中的运动轨迹
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18
静电透镜
光学玻璃凸透镜
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19
聚焦原理
磁透镜
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20
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21
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22
软铁
线圈
极靴
d
z
强磁透镜构造图
磁透镜构造
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23
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24
O
z
带铁壳的带极靴的透镜
O’
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25
有极靴
B(z)
没有极靴
无铁壳
z
磁感应强度分布图
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26
磁透镜的光学性质
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27
电磁透镜和光学透镜的比较
静电透镜和磁透镜的比较
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28
第三节电子透镜的缺陷和理论分辨距离
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29
α
P’
P’’
透镜
物
P
光轴
球差
最小散焦斑
N
M
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30
最小散焦斑半径
球差
还原到物平面上
消除方法
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31
理想像
枕形畸变像
桶形畸变像
旋转畸变像
像畸变
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32
像散
平面B
PA
弱聚焦方向
物
P
光轴
PB
fA
平面A
强聚焦方向
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33
还原到物平面上
像散
最小散焦斑半径
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34
电磁式消像散器
N
S
N
S
S
S
N
N
S
S
消除方法
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色差
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36
最小散焦斑,还原到物平面上,半径为
电子束能量变化的原因
消除方法
色差
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37
在电子透镜中,球差对分辨本领的影响最为重要,因为没有一种简便的方法使其矫正,而其它象