电子显微镜第一章电子光学基础与电子透镜.ppt

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1、1,第一章电子光学基础与电子透镜,2,第一节 电子光学基础,光的折射,n1,n2,v1,v2,3,光学透镜成像,A,B,B,A,F,F,L1,L2,f,4,球差,成像误差,5,加发散透镜消除球差,6,平面B,透镜平面,物,P,光轴,平面A,成像误差,像散,7,色差,成像误差,8,聚焦和景深,9,(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：,10,一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，,11,加速电压比较低时，

2、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）,12,把 h=6.6210-34 J.s,e=1.6010-19 C,m0=9.1110-31 kg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：c，所以它仅仅适用于加速电压比较低的情况下。,13,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）,14,将(1-1)、(1-5)和(1-6)三个式子整理，得到：,（1-7

3、）,把h、e、m0的值代入上式得到：,（1-8）,其中的单位为埃，U单位为伏特。,15,表1-1 电子波长(经过相对论修正),16,U1,U2,v1,v2,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,17,电子在磁场中的运动,18,第二节 电子透镜,电子在轴对称磁场中的运动轨迹,19,静电透镜,光学玻璃凸透镜,20,聚焦原理,磁 透 镜,21,22,23,强磁透镜构造图,磁透镜构造,24,25,O,z,带铁壳的带极靴的透镜,O,26,有极靴,B（z）,没有极靴,无铁壳,z,磁感应强度分布图,27,磁透镜的光学性质,28,电磁透镜和光学透镜的比较静

4、电透镜和磁透镜的比较,29,第三节 电子透镜的缺陷和理论分辨距离,30,P,P,透镜,物,P,光轴,球 差,最小散焦斑,N,M,31,最小散焦斑半径,球 差,还原到物平面上,消除方法,32,像 畸 变,33,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,34,还原到物平面上,像 散,最小散焦斑半径,电磁式消像散器,N,S,N,S,S,S,N,N,S,S,消除方法,36,色 差,37,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,38,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，而其它象差，可以通过一些方法消除。,39,电子透镜的理论分辨本领,衍射效应确定的透镜的分辨本领,电镜情况下,球差确定的透镜的分辨本领,40,电子透镜的理论分辨本领,考虑球差和衍射两种效应：,相应的最佳分辨本领：,41,目前通用的比较精确的理论分辨率公式和最佳孔径角公式为：,将各类电镜缺陷的影响减至最小，电子透镜的分辨本领比光学透镜提高了一千倍左右。,电子透镜的理论分辨本领,42,场深示意图,焦深示意图,第五节 电子透镜的场深和焦深,43,焦深关系式,场深关系式,