透射电镜高中低倍光路图

透射电镜

一、基本原理

（一）分辨本领与放大倍数

分辨本领是指能够分辨物体上两点之间的最小距离。光学显微镜与电镜的分辨率相差达1000倍，因为光镜的分辨本领受到衍射效应的限制。当光线从一点出发透过显微镜时，所成的像不再是一点而是一个周围带有阴影的光斑。如果物体上两个质点靠得很近，所成的像就可能分辨不清。也就是说，光的波动性给光学显微镜规定了一个分辨本领的限制。光镜的分辨本领最终只能达到约为照明波长的0。4倍。

放大倍数是指物体经过仪器放大后的像与物的大小之比。放大了的像还可多次放大，但到一定限度后继续放大时便不能增加细节，这是分辨本领的限制所致。不能增加图像细节的放大倍数称为空放大，而与分辨本领相应的最高放大倍数称为有效放大倍数，为眼的分辨本领与仪器的分辨本领之比。

（二）电子波（束）特性

为了提高显微镜的分辨本领，就需要寻找波长更短的光波作照明。1924年法国学者德。布罗依等人创立了波动力学，提出了物质波的概念，指出高速运动的粒子不仅具有粒子性，而且具有波动性。这个假设不久就为电子衍射实验所证实。衍射是波动的特性，高速运动的电子能发生衍射，证明它是一种波。它具有波动所具有的共同特征量——波长、频率、振幅、相位等，并且服从于波动的规律。

（三）磁透镜的光学性质和聚焦原理

电镜实质上是电子透镜的组合。电子透镜有静电透镜和磁透镜二种。

磁透镜的聚焦原理：电子在进入磁场后受到磁场(洛伦兹力)作用，使电子束产生两种运动——旋转和折射，而电子在磁场中的旋转与折射是各自进行的。因此，在讨论磁透镜的聚焦作用时就可以暂不考虑电子的旋转，这样，电子在磁透镜的折射与光通过玻璃凸透镜的聚焦作用相似了。正如玻璃凸透镜可用于放大成像一样。磁透镜也能用于放大成像，而且还可以借用几何光学中的光线作图法与术语，如用焦点、焦距、物距、像距等概念来描述电子在磁透镜的运动轨迹。

电子枪发射的电子在阳极加速电压的作用下，高速地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。因为电子束穿透能力有限，所以要求样品做得很薄，观察区域的厚度在200nm左右。由于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向有差别，使电子束透过样品时发生部分散射，其散射结果使通过物镜光阑孔的电子束强度产生差别，经过物镜聚焦放大在其像平面上，形成第一幅反映样品微观特征的电子像。然后再经中间镜和投影镜两级放大，投射到荧光屏上对荧光屏感光，即把透射电子的强度转换为人眼直接可见的光强度分布，或由照相底片感光记录，从而得到一幅具有一定衬度的高放大倍数的图像。

二、透射电镜的基本结构

透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。它由电子光学系统（镜筒）、电源和控制系统、真空系统三部分组成。

三、镜筒结构

（1）照明部分

照明部分由电子枪、双聚光镜、光阑组、电子束平移、倾斜装置和消象散器组成。它的作用是提供一束亮度大、孔径角小、相干性好、稳定度高的电子束照射到待分析的样品上。

①电子枪

电子枪是电镜的照明源，由阴极，栅极和阳极组成。阴极通常用0。1mm直径钨丝做成V型，也可采用LaB6晶体或场发射电子枪，目前常用的灯丝是LaB6。阴极的作用就是发射电子，栅极（也叫控制极）由一个圆筒形金属帽做成并和阴极一起组装在一个高压瓷瓶上，栅极电位较阴极为负，通过改变它的电位来控制电子束流的大小和像的亮度，阳极则是一个T型中空金属园筒，阴阳两极之间有较高的电位差，阳极由下面还有四级极可使电子进一步加速，电子束进一步地聚焦准直。阴极发射的电子可以获得足够大的功能，形成定向高速电流，为了安全，阳极接地，而灯丝处于负高压状态。

②双聚光透镜

聚光镜是电磁透镜，对电子束有会聚作用，电磁透镜由带缺口的高导磁软磁材料回路和嵌在其中的激磁线圈组合而成，激磁线圈通电时，缺口间隔全形成轴对称磁场。电磁透镜的强度，也就是缺口间隙处磁场强度，它与线圈匝数N以及线圈中流过的电流I的乘积NI成正比，一束进入轴对称磁场的电子束会由于电磁交互作用而会聚于一点，这一点称透镜的焦点，焦点到透镜中心的距离叫焦距。

（2）成像放大部份

这部份由样品室、物镜，二级中间镜和二级投影镜组成。样品室位于照明部份和物镜之间，它的作用是通过样品传递移动装置，在不破坏镜筒真空的情况下，使样品在物镜的极靴孔内平移和倾转。

（3）观察记录部分

在投影镜的下面是电子显微像的观察和记录系统。这部分由带铅玻璃窗口的观察室和装有发片盒和收片盒的照相室以及CCD（数码相机）组成。观察室内的萤光屏用发黄绿色光的硫化锌镉类荧光粉制作，荧光屏在电子束照射下，呈现出与样品的组织结构相对应的电子图像，从而将肉眼看不到的电子像转化为可见光

像。移动样品台，可以观察到不同区域样品的组织结构，调节物镜激磁电流（聚焦）可以使荧光屏上的图像清晰。图像调清晰后，按动观察室外的按钮，荧光屏转动90°，将荧光屏从光路上移开，使电子束继续沿光轴下行，放置在荧光屏下的发片盒内的电子感光版（电镜底片）就可以把观察到的样品图像连同该操作条件下的加速电压、放大倍率以及底片的顺序等一起记录下来。

四、成像光路图

1、高放大倍数光路图

由电子枪发射的电子束经聚光镜聚焦照射到试

样上，透过试样的电子经物镜放大在中间镜上方形

成一级放大实像，中间镜以一级实像作为物，这时

中间镜放大倍数较高，在投影镜上方形成二级放大

实像，投影镜以二级实像为物进一步放大并投影到荧光屏上，形成三级放大实像。可获得几万倍至几十万倍的电子显微图像。一般用于观察晶体缺陷。

2、中放大倍数光路图

由电子枪发射的电子束经聚光镜聚焦照射到试

样上，降低物镜的放大倍数，透过试样的电子经物镜

获得放大倍数较低的一级放大实像，中间镜以一级实

像作为物，这时中间镜放大倍数小于1，故在投影镜

上方获得一个缩小了的像，投影镜以中间镜形成的缩

小的像为物进一步放大并投影到荧光屏上，可获得几千倍至几万倍的电子显微图像。一般用于观察金属显微组织。

3、低放大倍数光路图

关闭物镜，以中间镜作为物镜，由电子枪发射

的电子束经聚光镜聚焦照射到试样上，透过试样的

电子经物镜放大在中间镜下方形成一级放大实像，

投影镜以一级实像为物放大形成二级放大实像并投

影到荧光屏上。可获得几百倍至1500倍的电子显微

图像。

五、对中与合轴调整

1)合轴的目的：合轴是一种操作，即通过机械和电参数的调整，使电子光学系统中的电子枪，各组透镜，荧光屏的中心在同一轴线上。

合轴的操作要领

1、查明各类不合轴现象；

2、采取针对性的合轴操作。

不合轴的类型：

电子枪倾斜未合轴

合轴操作：①集中光斑，灯丝欠饱和，显示灯丝像；②调枪倾斜钮，使灯丝像对称；③恢复灯丝电流的饱和状态

聚光镜光栏不对中

合轴操作：①用聚光镜钮收缩光斑，用光平移将光斑移到荧光屏中心；②用聚光镜钮放大光斑，调光栏位置，使光斑对中；③反复上述操作，使两者同心变化为止。

电子枪平移未合轴现象

合轴操作：①选用小尺寸光斑，用聚光镜钮收缩光斑，用光平移将光斑移到荧光屏中心；②选用大尺寸光斑，用聚光镜钮收缩光斑，调枪平移钮，使光斑再对中；③反复上述操作，使两者同心变化为止。

光平移不对中现象

合轴操作：用光平移将光斑移到荧光屏中心。

电压中心不对中现象

合轴操作：①开启电压中心调节钮，像开始抖动；②调正光倾斜钮，使抖动中心移向荧光屏中心；③关闭电压中心调节钮。