电子光学基础
现代材料分析方法第七章电子光学基础
目录
• 电子光学基础概述 • 电子光学基础理论 • 电子光学实验技术 • 现代材料分析中的电子光学应用 • 电子光学的发展前景与挑战
01
电子光学基础概述
电子光学的基本概念
电子光学是研究电子在电磁场中的运 动和电磁场对电子运动的反作用的科 学。
电子光学的基本原理包括电子波动性、 电磁场对电子运动的洛伦兹力作用等。
电子光学在新能源领域的应用
太阳能电池
电子光学在太阳能电池的设计和优化中发挥着重要作用，如通过 光学干涉和衍射提高太阳能电池的光电转换效率。
光电探测器
光电探测器是新能源领域的重要器件，电子光学为其设计和优化提 供了理论基础和技术支持。
风力发电机叶片检测
电子光学技术可用于风力发电机叶片的检测和监测，通过无损检测 手段确保叶片的可靠性和安全性。
透射电子显微镜技术
透射电子显微镜的基本原理
利用高能电子束穿透薄样品，通过电磁透镜成像。通过改变 透镜的焦距和电流强度，可以得到不同放大倍数的图像。
透射电子显微镜的应用
在生物学、医学、环境科学等领域广泛应用，用于观察细胞 、蛋白质、病毒等超微结构，以及研究环境污染物对生物体 的影响等。
04
现代材料分析中的电子光学 应用
它涉及到电子波的传播、散射、干涉、 衍射等现象，以及电子与物质的相互 作用。
电子光学的发展历程
19世纪末，汤姆逊和洛伦兹等科学家开始研究电 子在电磁场中的运动，奠定了电子光学的基础。
20世纪初，量子力学的出现和发展，为电子光学 提供了更深入的理论基础。
现代电子光学的发展，得益于电子显微镜、扫描 隧道显微镜等先进仪器的出现和应用。
02
电子光学基础理论
光电信息科学与工程专业的核心基础课程
光电信息科学与工程专业的核心基础课程近年来，光电信息科学与工程专业受到了越来越多学生的青睐，这个专业涵盖了光电子技术、光纤通信、激光技术、光电信息处理等领域，是一个具有广阔发展前景的学科方向。
而在这个专业中，核心基础课程起着至关重要的作用，它们为学生打下坚实的理论基础，为他们日后的学习和研究工作提供了重要支撑。
本文将就光电信息科学与工程专业的核心基础课程进行全面评估和探讨，希望能够为学生和其他对这个领域感兴趣的人提供一些参考和帮助。
1. 光学基础在光电信息科学与工程专业中，光学基础课程是非常重要的一门课程。
光学是研究光的传播、辐射、吸收、散射、干涉、衍射和偏振等规律的科学，它是光电信息科学与工程专业的基础。
通过学习光学基础课程，学生能够了解光的基本特性、光的波动性质、光的折射和反射规律等内容，为日后的专业学习打下了坚实的理论基础。
2. 光电子技术光电子技术是光电信息科学与工程专业中的另一门重要的核心基础课程。
这门课程主要包括了光电子器件的原理、结构和特性，以及光电子技术在通信、显示、能源等领域的应用。
通过学习光电子技术课程，学生能够了解光电子器件的工作原理和性能特点，为日后从事相关领域的工作奠定了坚实的基础。
3. 光通信光通信是当今社会中最重要的通信方式之一，也是光电信息科学与工程专业中的一门核心基础课程。
光通信课程主要包括了光纤的基本原理、光模式的传输特点、光通信系统的组成及应用等内容。
通过学习光通信课程，学生能够了解光通信技术在信息传输中的重要作用，以及光通信系统的工作原理和性能指标，为日后的学习和研究工作提供了重要的支撑。
总结回顾：光电信息科学与工程专业的核心基础课程涵盖了光学基础、光电子技术和光通信等内容，这些课程为学生提供了坚实的理论基础和丰富的专业知识，为他们日后的学习和研究工作打下了良好的基础。
我个人认为，这些核心基础课程对于光电信息科学与工程专业的学生来说至关重要，希望学生能够在认真学习这些课程的能够注重理论与实践的结合，不断提升自己的专业技能和综合素养，为将来的发展做好充分准备。
第四章 电子显微镜分析基础
极靴小孔隙中。如图19.6(a)、(b)、(c)所示，(c)是一种强
磁透镜。由于透镜焦距与所采用的磁场相关 磁场越强 焦 距越短 放大倍数也就越大 电子显微镜的成像物镜大多采 用短焦距的强磁透镜
强磁透镜
2.3 电磁透镜的像差、分辨本领、景深和焦长
ro
2
理论上 电子显微镜的分辨率很高 但事实上 其分辨率远
2.4 电子显微镜与光学显微镜的对比 电子显微镜在分辨本领、放大倍数、景深、焦长等 许多方面有着明显的优点 它能把微区（几个微米）、
甚至超微区（10nm以下）把形貌、成分、结构三个主
要测试方面的内容密切结合起来进行研究
电子显微镜的发明及发展开拓了许多新的研究领
域 但电子显微镜也有一些局限性 需要光学显微镜和
第4章
电子显微镜分析基础
一、光学显微镜的分辨率
人眼分辨极限只有0.2mm 光学显微镜的分辨极限是
0.1μm 电子显微镜的分辨率普遍达到0.3nm 最好的电
子显微镜的分辨率已经达到0.07nm 一般原子、离子半
径大约在0.1nm左右
在电子显微镜下可以直接观察到分子 甚至原子的世界 这
个分辨能力比人眼高出了近100万倍 比最好的光学显微
2.3.2电磁透镜的分辨本领 分辨本领取决于透镜的像差和衍射效应所产生的 散焦斑（或称埃利斑）尺寸的大小 光学显微镜在最佳 情况下 分辨本领可以达到照明光波波长的二分之一 电子束波长比可见光波长小五个数量级 如果电磁透镜 像差（特别是球差）能得到较好的矫正 那么它的分辨 本领理应达到照明波的半波长0.002nm极限值（按加速
1 eV m 2 2
式中 e为电子电荷绝对值 V为加速电压(kV) ν为电子运动速 度 m为电子的质量 从上式可以得到电子运动的速率为：
电子行业电子光学基础
电子行业电子光学基础概述电子光学是电子行业中的一个重要分支，它研究的是电子在光学系统中的行为和特性。
光学技术在电子行业的许多领域中起着至关重要的作用，例如光通信、显示器件、光电子器件等。
本文将介绍电子行业中电子光学的基础知识。
光学基础光学是研究光的传播、发射与接收以及与物质的相互作用的科学。
光是电磁波的一种，它有波粒二象性。
光学研究主要涉及以下几个方面：光的特性包括波长、频率、速度和能量等。
光的波长决定了其在介质中的传播速度和折射率，而频率则对应着光的色彩。
光的速度在真空中是一个常量，约为3 × 10^8 m/s。
光的传播与折射当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
折射现象是由于光在不同介质中传播速度的改变而引起的。
根据折射定律，光线在两种介质中的传播方向会发生改变。
光的反射与折射光在与界面接触时会发生反射与折射。
根据反射定律，入射光线与法线的夹角等于反射光线与法线的夹角。
折射光线的偏折程度则由折射率决定。
不同波长的光在介质中传播时会发生不同程度的折射，这称为色散现象。
色散使得不同颜色的光在经过透镜或棱镜等光学器件时产生色差。
电子光学在电子行业中的应用光通信光通信是一种利用光的传输信息的技术。
它使用光纤作为传输介质，通过调制和解调的方法实现信息的传输和接收。
光通信具有传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等优点，因此在电子行业中得到广泛应用。
电子光学在显示器件中的应用非常广泛。
例如，在液晶显示器中，背光模块使用光学器件提供光源，而液晶屏使用光学装置调节光的透过程度，从而实现图像的显示。
光电子器件光电子器件是利用光与电子的相互作用实现功能的器件。
例如，光电二极管（Photodiode）是一种能将光信号转换为电信号的器件。
光电子器件在光电子技术、光电波导技术等领域中具有广泛的应用。
结论电子光学是电子行业中的重要领域，它研究光的传播与作用在电子系统中的应用。
了解电子光学的基础知识对于理解电子行业中的光学技术具有重要意义。
材料分析方法部分课后习题答案
第一章X射线物理学基础2、若X 射线管的额定功率为,在管电压为35KV 时,容许的最大电流是多少答：35KV=;4、为使Cu 靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6,求滤波片的厚度;答：因X 光管是Cu 靶,故选择Ni 为滤片材料;查表得：μ m α＝／g,μ mβ＝290cm2／g, 有公式, , ,故：,解得:t= t6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射,所需施加的最低管电压是多少激发出的荧光辐射的波长是多少答：eVk=hc/λVk=×10-34××108/×10-19××10-10=kvλ 0=vnm=nm=nm其中h为普郎克常数,其值等于×10-34e为电子电荷,等于×10-19c故需加的最低管电压应≥kv,所发射的荧光辐射波长是纳米;7、名词解释：相干散射、不相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应答：⑴当χ射线通过物质时,物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动,受迫振动产生交变电磁场,其频率与入射线的频率相同,这种由于散射线与入射线的波长和频率一致,位相固定,在相同方向上各散射波符合相干条件,故称为相干散射;⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后,可以得到波长比入射χ射线长的χ射线,且波长随散射方向不同而改变,这种散射现象称为非相干散射;⑶一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K 电子,当外层电子来填充K 空位时,将向外辐射K 系χ射线, 这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程,称荧光辐射;或二次荧光;⑷指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量,如入射光子的能量必须等于或大于将K 电子从无穷远移至K 层时所作的功W,称此时的光子波长λ称为K 系的吸收限;⑸原子钟一个K层电子被光量子击出后,L层中一个电子跃入K层填补空位,此时多余的能量使L层中另一个电子获得能量越出吸收体,这样一个K层空位被两个L层空位代替的过程称为俄歇效应;第二章X 射线衍射方向2、下面是某立方晶第物质的几个晶面,试将它们的面间距从大到小按次序重新排列：123,100,200,311,121, 111,210,220,130,030,221,110;答：立方晶系中三个边长度相等设为a,则晶面间距为d=a/ 则它们的面间距从大小到按次序是：100、110、111、200、210、121、220、221、030、130、311、123;4、α-Fe 属立方晶体,点阵参数a=;如用CrKαX 射线λ=照射,试求110、200及211可发生衍射的掠射角;答：立方晶系的晶面间距：= a / ,布拉格方程：2dsinθ =λ ,故掠射角θ =arcsinλ/2 ,由以上公式得：2d110sinθ 1=λ ,得θ 1=°,同理θ 2=°,θ 3=°;6、判别下列哪些晶面属于111晶带：110,231,231,211,101,133,112,132,011,212; 答：110、231、211、112、101、011属于111晶带;因为它们符合晶带定律公式：hu+kv+lw=07、试计算311及132的共同晶带轴;答：由晶带定律：hu+kv+lw=0,得：-3u+v+w=0 1 , -u-3v+2w=0 2 ,联立两式解得：w=2v, v=u, 化简后其晶带轴为：112;第三章X 射线衍射强度1、用单色X 射线照射圆柱柱多晶体试样,其衍射线在空间将形成什么图案为摄取德拜图相,应当采用什么样的底片去记录答：当单色X 射线照射圆柱柱多晶体试样时,衍射线将分布在一组以入射线为轴的圆锥而上;在垂直于入射线的平底片所记录到的衍射花样将为一组同心圆;此种底片仅可记录部分衍射圆锥,故通常用以试样为轴的圆筒窄条底片来记录;2、原子散射因数的物理意义是什么某元素的原子散射因数与其原子序数有何关系答：1原子散射因数f是一个原子中所有电子相干散射波的合成振幅与单个电子相干散射波的振幅的比值;它反映了原子将X 射线向某一个方向散射时的散射效率; 2原子散射因数与其原子序数有何关系,Z 越大,f 越大;因此,重原子对X 射线散射的能力比轻原子要强;3、洛伦兹因数是表示什么对衍射强度的影响其表达式是综合了哪几个方面考虑而得出的答：洛伦兹因数是表示几何条件对衍射强度的影响;洛伦兹因数综合了衍射积分强度,参加衍射的晶粒分数与单位弧长上的积分强度;4、多重性因数的物理意义是什么某立方第晶体,其{100}的多重性因数是多少如该晶体转变为四方系,这个晶体的多重性因数会发生什么变化为什么答：1表示某晶面的等同晶面的数目;多重性因数越大,该晶面参加衍射的几率越大,相应衍射强度将增加;2其{100}的多重性因子是6；3如该晶体转变为四方晶系多重性因子是4；4这个晶面族的多重性因子会随对称性不同而改变;6、多晶体衍射的积分强度表示什么今有一张用CuKα摄得的钨体心立方的德拜相,试计算出头4 根线的相对积分强度不计算Aθ和e-2M,以最强线的强度为100;头4 根线的θ值如下：答：多晶体衍射的积分强度表示晶体结构与实验条件对衍射强度影响的总和I = I0 λ3 32πR e2 mc2 2 V VC2 P|F|2φθAθe2M即：查附录表F p314,可知：Ir = P F 2 1+COS2θ sin2θcos θ = ；Ir = P F 2 1+COS2θ sin2 θcos θ = ；Ir = P F 2 1+COS2θ sin2θcos θ = ；= P F 2 1+COS2θ sin2 θcos θ =不考虑Aθ、e2M 、P 和|F|2 I1=100; I2==; I3==; I4==头4 根线的相对积分强度分别为100、、、;第四章多晶体分析方法2、同一粉末相上背射区线条与透射区线条比较起来其θ较高还是较低相应的d 较大还是较小既然多晶粉末的晶体取向是混乱的,为何有此必然的规律;答:背射区线条与透射区线条比较,θ较高,相应的d较小;产生衍射线必须符合布拉格方程,2dsinθ=λ,对于背射区属于2θ高角度区,根据d=λ/2sinθ, θ越大,d越小;3、衍射仪测量在入射光束、试样形状、试样吸收以及衍射线记录等方面与德拜法有何不同答：1入射X射线的光束：都为单色的特征X射线,都有光栏调节光束;不同：衍射仪法：采用一定发散度的入射线,且聚焦半径随2θ变化；德拜法：通过进光管限制入射线的发散度;2试样形状：衍射仪法为平板状,德拜法为细圆柱状;3试样吸收：衍射仪法吸收时间短,德拜法吸收时间长,约为10~20h;4记录方式：衍射仪法采用计数率仪作图,德拜法采用环带形底片成相,而且它们的强度I对2θ的分布I-2θ曲线也不同；4、测角仪在采集衍射图时,如果试样表面转到与入射线成30°角,则计数管与入射线所成角度为多少能产生衍射的晶面,与试样的自由表面呈何种几何关系答：当试样表面与入射X射线束成30°角时,计数管与入射线所成角度为60°,能产生衍射的晶面与试样的自由表面平行;第八章电子光学基础1、电子波有何特征与可见光有何异同答：1电子波与其它光一样,具有波粒二象性;2可见光的波长在390—760nm,在常用加速电压下,电子波的波长比可见光小5个数量级;2、分析电磁透镜对电子波的聚焦原理,说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响; 答：电磁透镜的聚焦原理：利用通电短线圈制造轴对称不均匀分布磁场,是进入磁场的平行电子束做圆锥螺旋近轴运动;电磁透镜的励磁安匝数越大,电子束偏转越大,焦距越短;3、电磁透镜的像差是怎样产生的如何来消除和减少像差答：电磁透镜的像差包括球差、像散和色差;1球差即球面像差,是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的,增大透镜的激磁电流可减小球差;2像散是由于电磁透镜的轴向磁场不对称旋转引起;可以通过引入一强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿3色差是电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的;稳定加速电压和透镜电流可减小色差;4、说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么如何提高电磁透镜的分辨率答：1光学显微镜分辨本领主要取决于照明源的波长；衍射效应和像差对电磁透镜的分辨率都有影响;2使波长减小,可降低衍射效应;考虑与衍射的综合作用,取用最佳的孔径半角;5、电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响说明电磁透镜的景深大、焦长长,是什么因素影响的结果假设电磁透镜没有像差,也没有衍射埃利斑,即分辨率极高,此时它们的景深和焦长如何答：1电磁透镜景深为Df=2Δr0/tanα,受透镜分辨率和孔径半角的影响;分辨率低,景深越大；孔径半角越小,景深越大;焦长为DL=2Δr0αM2/,M为透镜放大倍数;焦长受分辨率、孔径半角、放大倍数的影响;当放大倍数一定时,孔径半角越小焦长越长;2透镜景深大,焦长长,则一定是孔径半角小,分辨率低;3当分辨率极高时,景深和焦长都变小;第九章透射电子显微镜1、透射电镜主要由几大系统构成各系统之间关系如何答：1由三大系统构成,分别为电子光学系统、电源与控制系统和真空系统;2电子光学系统是透射电镜的核心,为电镜提供射线源,保证成像和完成观察记录任务;供电系统主要用于提供电子枪加速电子用的小电流高压电源和透镜激磁用的大电流低压电源;真空系统是为了保证光学系统时为真空,防止样品在观察时遭到污染,使观察像清晰准确;电子光学系统的工作过程要求在真空条件下进行;2、照明系统的作用是什么它应满足什么要求答：照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成;它的作用是提供一束亮度高、照明孔经角小、平行度好、束流稳定的照明源;要求：入射电子束波长单一,色差小,束斑小而均匀,像差小;3、成像系统的主要构成及其特点是什么答：成像系统主要是由物镜、中间镜和投影镜组成;1物镜：物镜是一个强激磁短焦距的透镜,它的放大倍数较高,分辨率高;2中间镜：中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍透镜,可在0到20倍范围调节;3投影镜：和物镜一样,是一个短焦距的强激磁透镜;4、分别说明成像操作与衍射操作时各级透镜像平面与物平面之间的相对位置关系,并画出光路图;答：如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重合,则在荧光屏上得到一幅放大像,这就是电子显微镜中的成像操作,如图a所示;如果把中间镜的物平面和物镜的后焦面重合,则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样,这就是电子显微镜中的电子衍射操作,如图b所示;5、样品台的结构与功能如何它应满足哪些要求答：结构：有许多网孔,外径3mm的样品铜网;1样品台的作用是承载样品,并使样品能作平移、倾斜、旋转,以选择感兴趣的样品区域或位向进行观察分析;透射电镜的样品台是放置在物镜的上下极靴之间,由于这里的空间很小,所以透射电镜的样品台很小,通常是直径3mm的薄片;2对样品台的要求非常严格;首先必须使样品台牢固地夹持在样品座中并保持良好的热；在2个相互垂直方向上样品平移最大值为±1mm；样品平移机构要有足够的机械密度,无效行程应尽可能小;总而言之,在照相暴光期间样品图像漂移量应相应情况下的显微镜的分辨率;6、透射电镜中有哪些主要光阑,在什么位置其作用如何答：1透镜电镜中有三种光阑：聚光镜光阑、物镜光阑、选区光阑;2聚光镜的作用是限制照明孔径角,在双聚光镜系统中,它常装在第二聚光镜的下方；物镜光阑通常安放在物镜的后焦面上,挡住散射角较大的电子,另一个作用是在后焦面上套取衍射来的斑点成像；选区光阑是在物品的像平面位置,方便分析样品上的一个微小区域;7、如何测定透射电镜的分辨率与放大倍数;电镜的哪些主要参数控制着分辨率与放大倍数答：1分辨率：可用真空蒸镀法测定点分辨率；利用外延生长方法制得的定向单晶薄膜做标样,拍摄晶格像,测定晶格分辨率;放大倍数：用衍射光栅复型为标样,在一定条件下拍摄标样的放大像,然后从底片上测量光栅条纹像间距,并与实际光栅条纹间距相比即为该条件下的放大倍数;2透射电子显微镜分辨率取决于电磁透镜的制造水平,球差系数,透射电子显微镜的加速电压;透射电子显微镜的放大倍数随样品平面高度、加速电压、透镜电流而变化;8、点分辨率和晶格分辨率有何不同同一电镜的这两种分辨率哪个高为什么答：1点分辨率像是实际形貌颗粒,晶格分辨率测定所使用的晶格条纹是透射电子束和衍射电子束相互干涉后的干涉条纹,其间距恰好与参与衍射的晶面间距相同,并非晶面上原子的实际形貌相;2点分辨率的测定必须在放大倍数已知时测定,可能存在误差；晶格分辨率测定图需要先知道放大倍数,更准确;所以,晶格分辨率更高;第十章电子衍射1、分析电子衍射与X射线衍射有何异同答：电子衍射的原理和X射线相似,是以满足或基本满足布拉格方程作为产生衍射的必要条件,两种衍射技术所得到的衍射花样在几何特征上也大致相似;但电子波作为物质波,又有其自身的特点：1电子波的波长比X射线短得多,通常低两个数量级；2在进行电子衍射操作时采用薄晶样品,薄样品的倒易点阵会沿着样品厚度方向延伸成杆状,因此,增加了倒易点阵和爱瓦尔德球相交截的机会,结果使略微偏离布拉格条件的电子束也可发生衍射;3因电子波的波长短,采用爱瓦尔德球图解时,反射球的半径很大,在衍射角较小的范围内反射球的球面可以近似地看成是一个平面,从而也可以认为电子衍射产生的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面上;4原子对电子的散射能力远高于它对X射线的散射能力约高出四个数量级2、倒易点阵与正点阵之间关系如何倒易点阵与晶体的电子衍射斑点之间有何对应关系答：倒易点阵是在正点阵的基础上三个坐标轴各自旋转90度而得到的;关系：零层倒易截面与电子衍射束是重合的,其余的截面是在电子衍射斑基础上的放大或缩小;3、用爱瓦尔德图解法证明布拉格定律;答：作一个长度等于1/λ的矢量K0,使它平行于入射光束,并取该矢量的端点O作为倒点阵的原点;然后用与矢量K0相同的比例尺作倒点阵;以矢量K0的起始点C为圆心,以1/λ为半径作一球,则从HKL面上产生衍射的条件是对应的倒结点HKL图中的P点必须处于此球面上,而衍射线束的方向即是C至P点的联接线方向,即图中的矢量K的方向;当上述条件满足时,矢量K- K0就是倒点阵原点O至倒结点PHKL 的联结矢量OP,即倒格失R HKL.于是衍射方程K- K0=R HKL得到了满足;即倒易点阵空间的衍射条件方程成立;又由g=R HK,2sinθ1/λ=g,2sinθ1/λ=1/d,2dsinθ=λ,证毕;9、说明多晶、单晶及非单晶衍射花样的特征及形成原理;答：单晶衍射斑是零层倒易点阵截面上的斑点,是有规律的斑点；多晶衍射斑是由多个晶面在同一晶面族上构成的斑点,构成很多同心圆,每个同心圆代表一个晶带；非晶衍射不产生衍射斑,只有电子束穿过的斑点;第十一章晶体薄膜衍衬成像分析1、制备薄膜样品的基本要求是什么具体工艺过程如何双喷减薄与离子减薄各适用于制备什么样品答：1、基本要求：1薄膜样品的组织结构必须和大块样品的相同,在制备过程中,组织结构不发生变化；2相对于电子束必须有足够的“透明度”；3薄膜样品应有一定的强度和刚度,在制备、夹持和操作过程中不会引起变形和损坏；4在样品制备的过程中不允许表面氧化和腐蚀;2、工艺为：1从实物或大块试样上切割厚度为厚的薄皮；2样品薄皮的预先减薄,有机械法和化学法两种；3最终减薄;3、离子减薄：1不导电的陶瓷样品；2要求质量高的金属样品；3不宜双喷电解的金属与合金样品;双喷减薄：1不易于腐蚀的裂纹端试样；2非粉末冶金样式；3组织中各相电解性能相差不大的材料；4不易于脆断、不能清洗的试样;2、什么是衍射衬度它与质厚衬度有什么区别答：由于样品中不同位向的晶体的衍射条件不同而造成的衬度差别叫做衍射衬度;质厚衬度是由于样品不同微区间存在的原子序数或厚度的差异而形成的;4、什么是消光距离影响消光距离的主要物性参数和外界条件是什么答：1由于衍射束与透射之间存在强烈的相互作用,晶体内透射波与入射波的强度在晶体深度方向上发生周期性的振荡,此振荡的深度周期叫消光距离;2影响因素：晶体特征,成像透镜的参数;9、说明孪晶与层错的衬度特征,并用各自的衬度形成原理加以解释;答：1孪晶的衬度特征是：孪晶的衬度是平直的,有时存在台阶,且晶界两侧的晶粒通常显示不同的衬度,在倾斜的晶界上可以观察到等厚条纹;2层错的衬度是电子束穿过层错区时电子波发生位相改变造成的;其一般特征是：1平行于薄膜表面的层错衬度特征为,在衍衬像中有层错区域和无层错区域将出现不同的亮度,层错区域将显示为均匀的亮区或暗区; 2倾斜于薄膜表面的层错,其衬度特征为层错区域出现平行的条纹衬度; 3层错的明场像,外侧条纹衬度相对于中心对称,当时,明场像外侧条纹为亮衬度,当时,外侧条纹是暗的；而暗场像外侧条纹相对于中心不对称,外侧条纹一亮一暗; 4下表面处层错条纹的衬度明暗场像互补,而上表面处的条纹衬度明暗场不反转;10、要观察钢中基体和析出相的组织形态,同时要分析其晶体结构和共格界面的位向关系,如何制备样品以怎样的电镜操作方式和步骤来进行具体分析答：把析出相作为第二相来对待,把第二相萃取出来进行观察,分析晶体结构和位向关系；利用电子衍射来分析,用选区光阑套住基体和析出相进行衍射,获得包括基体和析出相的衍射花样进行分析,确定其晶体结构及位向关系;第十三章扫描电子显微镜1、电子束入射固体样品作用时会产生哪些信号它们各具有什么特点答：主要有六种：1背散射电子:能量高；来自样品表面几百nm深度范围；其产额随原子序数增大而增多.用作形貌分析,显示原子序数称度,定性地用作成分分析2二次电子:能量较低；对样品表面状态十分敏感;不能进行成分分析.主要用于分析样品表面形貌;3吸收电子:其衬度恰好和SE或BE信号调制图像衬度相反;与背散射电子的衬度互补;吸收电子能产生原子序数衬度,即可用来进行定性的微区成分分析;4透射电子：透射电子信号由微区的厚度、成分和晶体结构决定.可进行微区成分分析;5特征X射线: 用特征值进行成分分析,来自样品较深的区域;6俄歇电子:各元素的俄歇电子能量值很低；来自样品表面1—2nm范围;它适合做表面分析;2、扫描电镜的分辨率受哪些因素影响用不同信号成像时,其分辨率有何不同所谓扫描电镜的分辨率是指用何种信号成像时的分辨率答：在其他条件相同的情况下,电子束的束斑大小、检测信号的类型以及检测部位的原子序数是影响扫描电镜分辨率的三大因素;不同信号成像时,其作用体不同,二次电子分辨率最高,其最用的体积最小;所以扫描电镜的分辨率用二次电子像分辨率表示;3、扫描电镜的成像原理与透射电镜有何不同答：不用电磁透镜放大成像,而是以类似电视摄影显像的方式,利用细聚焦电子束在样品表面扫描激发出来的物理信号来调质成像的;4、二次电子像和背射电子像在显示表面形貌衬度时有何相同与不同之处答：在成像过程中二者都可以表示表面形貌；二次电子像作用区域小,对表面形貌的作用力大；背散射电子作用区域大,对其表面形貌作用能力小;第十五章电子探针显微分析1、电子探针仪与扫描电镜有何异同电子探针如何与扫描电镜和透射电镜配合进行组织结构与微区化学成分的同位分析答：二者结构上大体相同,但是探测器不同,电子探针检测仪根据检测方式有能谱仪和波谱仪,扫描电镜探测器主要是光电倍增管,对电子和背散射电子;电子探针仪与扫描电镜再加一个能谱仪进行组合;2、波谱仪和能谱仪各有什么优缺点答：1波谱仪是用来检测X射线的特征波长的仪器,而能谱仪是用来检测X射线的特征能量的仪器;与波谱仪相比能谱仪：2优点:1能谱仪探测X射线的效率高；2在同一时间对分析点内所有元素X射线光子的能量进行测定和计数,在几分钟内可得到定性分析结果,而波谱仪只能逐个测量每种元素特征波长;3结构简单,稳定性和重现性都很好；4不必聚焦,对样品表面无特殊要求,适于粗糙表面分析;3缺点：1分辨率低；2能谱仪只能分析原子序数大于11的元素；而波谱仪可测定原子序数从4到92间的所有元素；3能谱仪的SiLi探头必须保持在低温态,因此必须时时用液氮冷却;4、要分析钢中碳化物成分和基体中碳含量,应选用哪种电子探针仪为什么答：对碳元素6号元素能谱仪分析仪误差大,应用波谱仪；能谱仪分析轻元素检测困难且精度低,波谱仪可分析原子序数从4到92间的所有元素;5、要在观察断口形貌的同时,分析断口上粒状夹杂物的化学成分,选用什么仪器用怎样的操作方式进行具体分析答：应选用配置有波谱仪或能谱仪的扫描电镜;具体的操作分析方法是：通常采用定点分析,也可采用线扫描方式;。
光电子学基础及其在信息科学中的应用
光电子学基础及其在信息科学中的应用光电子学是一门研究光与电相互作用以及在半导体、光纤、光电器件等领域中应用的学科。
在信息科学中，光电子学的应用越来越广泛，例如光纤通信、激光印刷、光学存储等等。
本文将从基础方面介绍光电子学的涉及内容，并探讨其在信息科学中的应用。
1. 光的性质光的基本性质是电磁波，具有电场和磁场的特性。
其中电场是与光传播方向相垂直的振荡性质，磁场也遵循相同的规律。
光的波长决定了它在介质中的速度，光在真空中的速度是光速，约为3×10^8 m/s。
2. 半导体物理半导体在光电子学中起着核心作用。
它是指在晶体中，某些能级缺失电子（空穴）或多余电子（自由电子），可以带电的固体物质。
半导体材料的最优字段是红外区域，从而实现高响应、大量产和低成本的光电器件。
3. 光电器件光电器件是指那些具有光电转换功能的器件。
常见的光电器件有光电二极管和光敏电阻。
光电二极管是利用半导体材料进行光电转换，将光信号转化成电信号；光敏电阻则是根据光的强度对电阻进行调节。
4. 光纤通信光纤通信是将信号转换成光信号进行传输的通信方式。
在光纤通信中，信息通过激光器转换成光信号，再通过光纤进行传输，通过光电探测器转换回电信号，接收端再将其转换为原始信息。
相比其他通信方式，光纤通信的传输速度更快、距离更远、更稳定。
5. 激光印刷激光印刷是一种通过通过激光器制作模板来给物体表面直接刻画的印刷。
激光印刷可以制造精细图案或文字，并且可以在许多材料上使用，例如金属、塑料和玻璃。
激光印刷取代了传统的印刷方式，更加灵活和高效。
6. 光学存储光学存储是一种利用光记录信息并在之后读取的存储方式。
在光学存储中，光通过激光器发送到介质上，然后烧录或烤制物质以记录信息。
读取时，激光通过介质并检测跟踪光信号。
总之，光电子学在信息科学中的应用日趋广泛。
它在通信、印刷、存储和其他领域都有着重要的作用。
我们期望光电子学在未来得到更广泛的应用，为人们带来更多的便利。
电子光学基础
胡克显微镜
现代普通光学显微镜
电子光学基础
1、引言
光学显微镜就是利用可见光作为照明源的一种显微镜，极限分
辨率为200nm，比人眼的分辨本领提高了约1000倍，但仍难以
满足许多微观分析的要求。
（徕卡）Leica DM系列金相显微镜
双目倒置金相显微镜
电子光学基础
1、引言
1932年德国物理学家Ruska发明了以电子束为光源的透射电子显微镜 随着电子技术的发展，高分辨电子显微镜的发明将分辨率提高到原子
电子光学基础
2、电子波与电磁透镜
(2) 电子波波长
不同加速电压下的电子波波长
加速电压 U/kV 20 电子波长 λ/nm 0.00859 加速电压 U/kV 120 电子波长 λ/nm 0.00334
40
60 80 100
0.00601
0.00487 0.00418 0.00371
160
200 500 1000
(iii) 电磁透镜与光学透镜异同 电磁透镜成像时满足光学透镜成像基本公式，即物距u、像 距v和焦距 f 满足下式： 1 1 1 f u v 对于电磁透镜，其焦距 f 是可以改变的，f 常用近似公式为：
f K
IN 2
Ur
放大倍数：
f M u f
式中K为常数；Ur是经相对论校正的电子加速电压；IN是线 圈的安匝数。 改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜焦距。且电磁透镜焦 距 f 总为正值，表明电磁透镜只有凸透镜，不存在凹透镜。
1 2 mv eU 2
即
2eU v m
e为电子所带电荷，e = -1.6×10-19C。
电子光学基础
2、电子波与电磁透镜
(2) 电子波波长
电子光学基础
由球差和衍射所决定的电磁
透镜的分辨本领r对孔径半 角α的依赖性
23
❖像散
像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起。 如果电磁透镜在制造过程中已经存在固有的像散，则可以通过引 入一个强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿，这个能产生 矫正磁场的装置称为消像散器。
24
❖色差
是由于入射电子波长（或能量）的非单一性造成。
略了。
19
像差：球差、像散、色差等，其中，球差 是限制电子透镜分辨本领最主要的 因素。
球差：用球差散射圆斑半径Rs和纵向球差 ΔZs两个参量来衡量。
Rs：指在傍轴电子束形成的像平面(也 称高斯像平面)上的散射圆斑的半径。 ΔZs：
是指傍轴电子束形成的像点和远轴 电子束形成的像点间的纵向偏离距离。
20
18
值得 注意
透镜的实际分辨本领除了与衍射效应有关以
外，还与透镜的像差有关。
光学透镜，已经可以采用凸透镜和凹透镜的组
合等办法来矫正像差，使之对分辨本领的影响
远远小于衍射效应的影响;
光学与电子透 镜的区别
但电子透镜只有会聚透镜，没有发散透镜，所
以至今还没有找到一种能矫正像差的办法。这
样，像差对电子透镜分辨本领的限制就不容忽
现代电子显微镜用磁透镜替 代！！！
11
❖磁透镜及电子在磁场中的运动
电磁透镜的聚焦原理: 通电的短线圈就是一个简单的电磁透镜，它 能造成一种轴对称不均匀分布的磁场。穿过 线圈的电子在磁场的作用下将作圆锥螺旋近 轴运动。而一束平行于主轴的入射电子通过 电磁透镜时将被聚焦在主轴的某一点
12
带有铁壳以及极靴的电磁透镜及磁场分布示意图
出的电子
强度关系
第一章电子光学基础11-9-7_讲义
9
用最简单的光学系统来 说明分辨率的准确定义及影 响分辨率的因素。
光阑
α：孔径角之半
A
r
L
d
α
O
B
艾里斑
O’
r’ I
S
图1-1 两个点光源像的叠加
84%强度
19%
d
(a)
(b)
图1-2 艾里斑与分辨率的示意图 (a) 艾里斑的强度分布
6
电子显微分析
1
电
第 一 章
子 光 学 基
础
1.1 分辨率
1.2 磁透镜的聚焦原理
1.3 电子透镜的缺陷和理论分辨 距离 （1） 球差 （2） 像差 （3） 色差 （4） 理论分辨距离
1.4 电子透镜的场深和焦深
1.1 分辨率
Scale of The World
7
8
人眼 0.1mm 光学显微镜 2000Å 电子显微镜 0.02Å
Fri.
23 2011-12-23
十六
Wed.
24 2011-12-28
4
1. 了解和掌握电子显微分析方法的理论知识和表 征技术；
2. 学会应用所学的测试方法，研究材料组成、结 构与性能的关系，通过测试方法的应用指导材 料制备工艺的改进与调整；
3. 正确地运用现代分析技术开展有关的科学研究。
教 学 目 标
2. 按时出席，占成绩的10％。 3. 完成作业，占成绩的20％。 4. 期末闭卷考试，考试分数占成绩
的70％。
3
上课时间表
周数
周几 次数
日期
电子光学基础1
电磁透镜的一大特点是景深大，焦长很长，这是由于小孔径角成像的结果。 电磁透镜的一大特点是景深大，焦长很长，这是由于小孔径角成像的结果。
习 题 1.电子波有何特征?与可见光有何异同? 2.分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜 的结构对聚焦能力的影响。 3.电磁透镜的像差是怎样产生的?如何来消除和减少 像差? 4.说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素 是什么? 5.如何提高电磁透镜的分辨率？ 6.电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响?说明电 磁透镜的景深大、焦长长，是什么因素影响的结果？ 假设电磁透镜没有像差，也没有衍射埃利斑，即分辨 率极高，此时它的景深和焦长如何?
4
2. 两个物点成像的情况: 即Ｓ1、Ｓ2成像后在像平 面上会产生两个Airy斑Ｓ 1’、Ｓ2’．
5
如果两个物点靠近，相应的两 个Airy斑也逐渐重叠。当斑中 心间距等于Airy 斑半径时， 强度峰谷值相差１９％，人眼 可以分辨;当一点光源衍射图 样的中央最亮处刚好和另一个 点的第一个最暗处重合时，两 衍射斑中心强度约为中央的８ ０％，人眼刚可以分辨。-刚 Rayle： 电磁透镜的聚焦原理： 电荷在磁场中运动时，受到磁场的作用力，即洛仑磁力。 电磁透镜实质是一个通电的短线圈，它能造成一种轴对称的分 布磁场。 洛仑兹 洛仑兹力的计算 洛仑兹力与电磁透镜的聚焦原理:正电子荷在磁场中运动时受 到磁场的作用力： f = q v × B 式中，q—运动电荷（正电荷） v—电荷运动速度 B= B—电荷所在位置磁感应强度,与磁场强度H的关系： µ H 由于磁场对运动电子的作用力总是垂直于电子的速度，因此这 个力不改变电子运动速度的大小，只改变电子运动的方向。即 电子在磁场中运动速度的大小是不变的。磁场即不加速电子， 也不阻滞电子，只改变电子运动的轨迹。
光学基础知识光的颜色和频率
光学基础知识光的颜色和频率光是电磁波在真空中的传播，它既具有粒子性的特点，又具有波单特性。
而我们所见到的光的颜色实际上是光的频率所决定的。
本文将介绍光的颜色和频率之间的关系，以及光的颜色对人类视觉的影响。
一、光的频率与颜色光的频率是指光波每秒钟振动的次数，它的单位是赫兹（Hz）。
光的频率越高，光的颜色也就越偏向于紫色；而频率越低，光的颜色则越偏向于红色。
根据现代物理学的研究，当光的频率在4×10^14 Hz到8×10^14 Hz 之间时，我们人类的眼睛能够感知到这种频率的光，对应的颜色是红橙黄绿青蓝紫七种颜色。
这被称为可见光谱。
在可见光谱中，红光的频率最低，为大约4×10^14 Hz，而紫光的频率最高，为大约8×10^14 Hz。
根据频率的变化，可见光谱可分为红橙黄绿青蓝紫七个区域，每个区域对应一种颜色。
二、光的频率对视觉的影响光的颜色对人类的视觉有直接的影响。
不同颜色的光对人类的视觉感受和心理状态产生不同的影响。
红光的频率较低，具有较长的波长，给人一种暖和、舒适的感觉，常被用于营造温馨的氛围。
橙色的频率略高于红色，它是一种明亮而活泼的颜色，能够唤起人们的注意力，常被用于标志和警示。
黄色光的频率稍高，给人一种明亮、开朗的感觉，常被用于传递积极向上的信息。
绿光的频率较中等，是人眼最敏感的颜色，能够给人带来平静和放松的感觉，常被用于舒缓情绪和促进集中注意力。
青色的频率略高于绿色，给人一种清新、凉爽的感觉，常被用于代表自然和健康。
蓝光的频率较高，给人一种冷静、冷淡的感觉，常被用于传递冷静和专业的形象。
紫光的频率最高，给人一种神秘、高贵的感觉，常被用于表达神秘和浪漫的情绪。
三、光的颜色与频率的应用由于光的颜色与频率之间的紧密联系，我们可以利用光的颜色和频率在许多领域进行应用。
在医疗领域，不同颜色的光被用于疗法和诊断。
例如，红光疗法可以促进伤口的愈合，蓝光被用于治疗皮肤疾病。
光学基础知识与光场传播规律要求
光学基础知识与光场传播规律要求
介质的电磁性质
为了求解麦克斯韦方程组，还需要知道介质的电
磁性质方程：
DEPE 0
B0H 0M H
JEJS
n c v
与电磁波的公式比较
n rr
联系光学量 n 和电磁学量 、 的关系式
r
r
光学基础知识与光场传播规律要求
2.2 麦克斯韦方程
Edl BdS
L
t S
HdlJ DdS
L
t S
DdS q S
BdS 0 S
E B t
H J D t
D
B0
散度是“标量积” 一个矢量在
电位移矢量法向跃变： D D
2n
1n
磁感应强度矢量法向连续：B B 0
2n
1n
电场强度矢量切向连续： E E 0
2t
1t
磁场强度矢量切向跃变： H H
2t
1t
其中， 为
自由电荷面
密度， 为
自由电流面 密度。
场量跃变的原因是光面学基础电知识荷与光电场传播流规律激要求发附加的电磁场
2.3 电介质
根据P和E的关系，电介质呈现的特性有： 线性特性、非色散特性、均匀性、各向同性 、空间非色散性
光学基础知识与光场传播规律要求
电磁场的边界条件
在两介质的分界面上，一般会出现面电荷电流分 布，使得物理量发生跃变，微分形式的麦克斯韦方程 组不再适用。因此，在介质分界面上，需要用积分形 式的麦克斯韦方程组描述界面两侧的场强以及界面上 电荷电流关系。当电磁场从一种介质传播到另一种介 质时，满足下面的边界条件：
光学显微镜的分辨本领
磁透镜与静电透镜都可以作会聚透镜，但现代所 有的透射电镜除电子光源外都用磁透镜做会聚镜，主 要因为： 1、磁透镜的焦距可以做得很短，获得高的放大 倍数和较小的球差； 2、静电透镜要求过高的电压，使仪器的绝缘问 题难以解决。
2.2 电子光学基础 2.2.4电磁透镜的像差和理论分辨本领
3 rSM 1 MC s 4 3 rS 1 C 4 s
(14) (15)
球差是电子显微镜的最主要的像差之一。它往往决 定显微镜的分辨本领。
2.2 电子光学基础 2.2.4电磁透镜的像差和理论分辨本领
2.2 电子光学基础 2.2.4电磁透镜的像差和理论分辨本领
2.色差
玻璃透镜对不同波长的光具有不同的焦距，磁透 镜对不同能量的电子也有不同的会聚能力，这正是引起 色差的原因。如图所示 其效果与球差相似，在轴向距离范围内也存在一 个最小的色差弥散圆斑，半径为 rC：
电子在静电场中受到电场力的作用将产生加速度。 初速度为0的自由电子从零电位到达V电位时，电子的运 动速度v为：
v
2eV m
(10)
即加速电压的大小决定了电子运动的速度。
2.2 电子光学基础 2.2.3电子在电磁场中的运动和电子透镜
2.2 电子光学基础 2.2.3 电子在电磁场中的运动和电子透镜
当电子的初速度不为零、运动方向与电场力方向不 一致时，电场力不仅改变电子运动的能量，而且也改 变电子的运动方向。 如图1，AB上方电位为V1，下方为V2，电子通过V1、 V2的界面时，电子的运动方向突变，电子运动的速度 从v1变为v2。 因为电场力的方向总是指向等电位面的法线，从低 电位指向高电位，而在电位面的切线方向的作用力为0。 也就是说在该方向的速度分量不变。所以有：
第三章_电子光学中的场
1.
绪论
2.
第一章 几何光学基础
第二章 电子在均匀场中的运动 第三章 电子光学系统中的场
3.
4.
5.
6. 7.
第四章 电子轨迹方程
第五章 场和电子轨迹的求解 第六章 强流电子光学
第三章 电子光学中的场
教师：刘迎辉 电子科技大学物电学院
本章组织
数理基础 3.1 轴对称静电场的数学表达式 3.2 轴对称静电场近轴区性质 3.3 轴对称静电场力函数（流函数）性质 3.4 轴对称磁场的矢位和标位 3.5 轴对称磁场的数学表达式 3.6 数学解析法求解静电场与静磁场。
V ( k ) ( z0 ) ( r, z ) Ck Pk ( r, z z0 ) 其中，C k k 0 k!
( r, z )
k 0
V
(k )
( z0 )
k!
Pk ( r，z - z 0 ) 1
2
（3－8）
r
2
V ( z0 ) ( z - z 0 )V ( z 0 ) V ( z 0 )[( z - z 0 ) V ( z 0 )] ... 2 2
(3-17)
B 0
（无角向分量）
3.4.1 轴对称磁场的矢位
通过矢量运算我们可以得到：
1 (rA ) Br r z
1 ( rA ) Bz r r
（3－18）
B 0
3.4.1 轴对称磁场的矢位
最简单的选择：
Ar Az 0, A A ( r , z )
3.2.1 近轴区电场对电子作用
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若只考虑衍射效应， 若只考虑衍射效应，在照明光源和介 质一定的条件下，孔径角。越大， 质一定的条件下，孔径角。越大，透 镜的分辨本领越高。 镜的分辨本领越高。
像差对分辨率的影响
为了使球差变小，可通过减小α来实现，但从衍射效应来 看α减小将使∆ro变大，分辨本领下降。因此，两者必须 兼顾。关键是确定电磁透镜的最佳孔径半角α。，使得衍 射效应Airy斑和球差散焦斑尺寸大小相等，表明两者对 透镜分辨本领影响效果一样。 ＝ －>
2.1.3 电磁透镜
电磁透镜的聚焦原理示意图
电磁透镜的聚焦原理示意图
电磁透镜的聚焦原理示意图
带有软ห้องสมุดไป่ตู้壳的电磁透镜示意图
物距：L1 物距： 像距： 像距：L2 焦距： 焦距：f 放大倍数： 放大倍数：M
电磁透镜的焦 距近似计算式： 距近似计算式：
电磁透镜是一种变焦距或变倍率的会聚透镜
有极靴电磁透镜
2.1.1 光学显微镜的分辨率极限
分辨本领是指成像物体(试样)上能分辨出来的两个物点 分辨本领 间的最小距离。 光学显微镜的分辨本领 分辨本领为： 分辨本领 光学显微镜的分辨本领取决于照明光源的波长 波长。在可见 波长 光波长范围，光学显微镜分辨本领的极限为2000Å。因 此，要提高显微镜的分辨本领，关键是要有波长短，又 波长短， 波长短 能聚焦成像的照明光源。 能聚焦成像的照明光源 1924年德布罗意(De Brolie)发现电子波的波长比可见 光短十万倍 短十万倍。又过了两年，布施(Busch)指出轴对称非 短十万倍 轴对称非 均匀磁场能使电子波聚焦。 均匀磁场 在此基础上，1933年鲁斯卡(Rushka)等设计井制造厂 世界上第一台透射电子显微镜 第一台透射电子显微镜。 第一台透射电子显微镜
2.2 电磁透镜的像差与分辨本领
•2.2.1 像差 •2.2.2 分辨本领
2.2.1 像差
球差
球差即球面像差， 球差即球面像差，是由于电 磁透镜的中心区域和边缘区 域对电子的折射能力不符合 预定的规律而造成的。 预定的规律而造成的。离开 透镜主轴较远的电子(远轴电 透镜主轴较远的电子 远轴电 子)比主轴附近酌电子 近轴 比主轴附近酌电子(近轴 比主轴附近酌电子 电子)被折射程度过大 被折射程度过大。 电子 被折射程度过大。
2 电子光学基础
2.1 电子波与电磁透镜 2.2 电磁透镜的像差与分辨本领 2.3 电磁透镜的景深和焦长
2.1 电子波与电磁透镜 2.1.1 光学显微镜的分辨率极限 2.1.2 电子波的波长 2.1.3 电磁透镜
电磁谱(各种射线的上、下限并非十分严格， 电磁谱 各种射线的上、下限并非十分严格，图示仅 各种射线的上 为大致的范围) 为大致的范围
794(1k× ●894(2k ●794(1k× ×2k) 1k) ● × × × × ● × × ● ●
色差
由入射电子波长的非单一性所造成的
2.2.2 分辨本领
电磁透镜的分辨本领由 电磁透镜的分辨本领由 衍射效应 球向像差 来决定
衍射效应对分辨本领的影响
由衍射效应所限定的分辨本领在理 论上可由Rayleigh公式计算 论上可由 公式计算
常规常规-透射 × ●
场发射场发射扫描 ● 1 nm × × ● ● ● ● ●
用途说明 高分辨原子像、 高分辨原子像、晶 格像 分析型专用 数字成像用 微区元素、 微区元素、杂质分 析 表面形貌分析 表面形貌辅助手段 可到1000° 可到1000°C 1000 液氮温度—摄氏 液氮温度 摄氏 200° 200°C
2.1.2 电子波的波长
电子显微镜的照明光源是电子波 电子波。电子波的波长 电子波 取决于电子运动的速度和质量 电子运动的速度和质量，即： 电子运动的速度和质量 电子的速度和加速电压 之间 和加速电压U之间 和加速电压 之间存 在下面的关系：
电子波的波长： 电子波的波长
不同加速电压下电子波的波长(经相对论校正 经相对论校正) 表2-1 不同加速电压下电子波的波长 经相对论校正
透射电镜的最佳分辨本领达10-1nm数量级。如日本日立 公司的H-9000型透射电镜的点分辨率为1．8Å。
2.3 电磁透镜的景深和焦长 2.3.1 景深 2.3.2 焦长
2.3.1 景深或场深 景深或场深
透镜物平面允许的轴向偏差定 义为透镜的景深， 义为透镜的景深，用Df来表 示
电磁透镜孔径半角越小， 电磁透镜孔径半角越小，景深 越大
2.3.2 焦长
透镜像平面允许的轴向偏差定义 为透镜的焦长，用DL表示
像散
由透镜磁场的非旋转对称而引起的 可以通过消散像器来弥补
场发射场发射透射 高分辨极靴(HR) 高分辨极靴(HR) 极靴 高倾角极靴 极靴(HT) 高倾角极靴(HT) 数字相机(MSC) 数字相机(MSC) X射线能谱(EDS) 射线能谱(EDS) 二次电子像(SE) 二次电子像(SE) 背散射像(BS) 背散射像(BS) 加热样品台 (Heating Stage) 低温样品台 (Cooling Stage) ● 0.19 nm ×