第07章电子光学基础
2024版大学物理(下)电子工业出版社PPT课件
01大学物理概述与回顾Chapter01掌握物理学基本概念、原理和定律，理解物质的基本结构和基本相互作用。
020304培养科学思维能力和分析解决实际问题的能力。
了解物理学在科学技术发展中的应用和对社会发展的影响。
养成良好的学习习惯和严谨的科学态度。
大学物理课程目标与要求01020304牛顿运动定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
力学热力学第一定律、热力学第二定律、气体动理论等。
热学库仑定律、电场强度、电势差、磁场强度等。
电磁学光的干涉、衍射、偏振等基本概念和原理。
光学上学期知识点回顾01020304振动与波动量子力学基础电磁波的辐射与传播固体物理基础本学期学习内容预览010204学习方法与建议认真听课，做好笔记，及时复习巩固所学知识。
多做习题，加深对物理概念和原理的理解。
积极参加课堂讨论和实验活动，提高分析问题和解决问题的能力。
拓展阅读相关物理书籍和文献，了解物理学前沿动态。
0302电磁学基础Chapter静电场的定义与性质库仑定律电场强度与电势高斯定理静电场及其性质恒定电流与电路分析电流的定义与分类欧姆定律基尔霍夫定律电阻、电容和电感磁场与磁感应强度磁场的定义与性质磁感应强度的定义与计算磁场的高斯定理与安培环路定律磁场对运动电荷的作用力电磁感应定律及应用电磁感应现象与法拉第电磁感应定律描述磁场变化时产生感应电动势的规律。
楞次定律与自感、互感现象描述感应电流的方向以及自感、互感现象中感应电动势的大小和方向。
磁场的能量与磁场力做功描述磁场中储存的能量以及磁场力对电流做功的过程。
电磁感应在日常生活和科技中的应用如交流电的产生、电动机和发电机的原理、电磁炉和微波炉的工作原理等。
03振动与波动Chapter物体在平衡位置附近做周期性的往返运动，称为简谐振动。
简谐振动的定义特征量简谐振动的运动学方程简谐振动的动力学特征振幅、周期（或频率）、相位。
描述简谐振动物体位移随时间变化的规律。
满足F=-kx的回复力特征。
集成光学器件的材料
7.4 聚合物材料和玻璃材料（无定形材料）
7.4.1 聚合物材料
主要材料包括： 聚异丁烯酸甲酯（PMMA)、环氧树脂（expoxy)、苯丙环丁烯（benzocy-clobutene，BCB)、氟化聚酰亚胺（polyimide）、聚碳酸酯（polycarborates，PC） 物理特性：电光和热光 特点： 价格低，制作简单 可以淀积在半导体衬底上，易于实现混合集成 光波导损耗低、与光纤的耦合损耗也低 可以有效利用折射率的变化获得强度和相位的调制 通过调节有机材料组份以强化电光或声光特性
02
亚铁磁性晶体，通过掺杂提高法拉第旋转角
03
1100~1500nm的光吸收系数很低
04
主要制作光隔离器，也可制作调制器、开关等
05
衬底---钆镓石榴石GGG（Nd3Ga5O12)等
06
薄膜制备---化学汽相淀积、溶胶-凝胶、射频溅射
07
7.5 磁性材料
表7.3 闪锌矿型GaN、AlN材料体系主要特性
特性
GaN
AlN
禁带宽度（eV）（T=300K）
3.2~3.3
5.11（理论值）
晶格常数（Å）
4.52
4.33（理论值）
折射率
n=2.5
7.3 介质材料（dielectric material ）
介质材料---介电常数比较高的材料，可分为微波介质材料、光学介质材料；按材料的状态和性质分为光学晶体、光学玻璃 等
3.54
1550 nm LD
In0.47Ga0.53As
0.75
1.67
3.56
长波长PD/APD
表7.2 纤锌矿型GaN、AlN材料体系主要特性
第07章孤子和光孤子概述
158
(McLaughlin)发表综述文章， 在电子、 光学界普及了孤子知识。 同年， 长谷川 (Ahasegawa) 和托皮特 (Tappert) 预言光纤孤子的存在。1975 年，克鲁汉森 (Krumhansl) 和施切弗 (Schieffer) 开始研究了孤波的统计力学。 第三阶段 (1973~)，把孤子的概论广泛应用于物理学、生物学、天文学等各个领域。同时，开展高维 孤子的研究，1980 年非线性效应专刊 Physica D 问世，与此同时，光纤中的孤子已在实验中产生出来。此 后的发展更是突飞猛进，文献数不胜数，各种专著及述评琳琅满目，有关专为 h 的 N 个非线性弹簧一个连一个，两端的连着固定边界。当这些弹簧被压缩或伸长 时，他们产 生一个力：
2024版年度《大学物理》全套教学课件(共11章完整版)
01课程介绍与教学目标Chapter《大学物理》课程简介0102教学目标与要求教学目标教学要求教材及参考书目教材参考书目《普通物理学教程》（力学、热学、电磁学、光学、近代物理学），高等教育出版社；《费曼物理学讲义》，上海科学技术出版社等。
02力学基础Chapter质点运动学位置矢量与位移运动学方程位置矢量的定义、位移的计算、标量与矢量一维运动学方程、二维运动学方程、三维运动学方程质点的基本概念速度与加速度圆周运动定义、特点、适用条件速度的定义、加速度的定义、速度与加速度的关系圆周运动的描述、角速度、线速度、向心加速度01020304惯性定律、惯性系与非惯性系牛顿第一定律动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力、牛顿第三定律的应用牛顿第三定律万有引力定律的表述、引力常量的测定万有引力定律牛顿运动定律动量定理角动量定理碰撞030201动量定理与角动量定理功和能功的定义及计算动能定理势能机械能守恒定律03热学基础Chapter1 2 3温度的定义和单位热量与内能热力学第零定律温度与热量热力学第一定律的表述功与热量的关系热力学第一定律的应用热力学第二定律的表述01熵的概念02热力学第二定律的应用03熵与熵增原理熵增原理的表述熵与热力学第二定律的关系熵增原理的应用04电磁学基础Chapter静电场电荷与库仑定律电场与电场强度电势与电势差静电场中的导体与电介质01020304电流与电流密度磁场对电流的作用力磁场与磁感应强度磁介质与磁化强度稳恒电流与磁场阐述法拉第电磁感应定律的表达式和应用，分析感应电动势的产生条件和计算方法。
法拉第电磁感应定律楞次定律与自感现象互感与变压器电磁感应的能量守恒与转化解释楞次定律的含义和应用，分析自感现象的产生原因和影响因素。
介绍互感的概念、计算方法以及变压器的工作原理和应用。
分析电磁感应过程中的能量守恒与转化关系，以及焦耳热的计算方法。
电磁感应现象电磁波的产生与传播麦克斯韦方程组电磁波的辐射与散射电磁波谱与光子概念麦克斯韦电磁场理论05光学基础Chapter01光线、光束和波面的概念020304光的直线传播定律光的反射定律和折射定律透镜成像原理及作图方法几何光学基本原理波动光学基础概念01020304干涉现象及其应用薄膜干涉及其应用（如牛顿环、劈尖干涉等）01020304惠更斯-菲涅尔原理单缝衍射和圆孔衍射光栅衍射及其应用X射线衍射及晶体结构分析衍射现象及其应用06量子物理基础Chapter02030401黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射实验与经典物理的矛盾普朗克量子假设的提普朗克公式及其物理意义量子化概念在解决黑体辐射问题中的应用010204光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应实验现象与经典理论的矛盾爱因斯坦光子理论的提光电效应方程及其物理意义光子概念在解释光电效应中的应用03康普顿效应及德布罗意波概念康普顿散射实验现象与经德布罗意波概念的提典理论的矛盾测不准关系及量子力学简介测不准关系的提出及其物理量子力学的基本概念与原理意义07相对论基础Chapter狭义相对论基本原理相对性原理光速不变原理质能关系广义相对论简介等效原理在局部区域内，无法区分均匀引力场和加速参照系。
第07章等离子体工艺
激发—松弛碰撞
松弛过程示意图 ������∗ ������ + ℎ������
13
分解碰撞
分解碰撞示意图 e− + AB A + B + e−
14
PECVD硅烷等离子体中的碰撞
碰撞 e− + SiH4
副产品
SiH2 + H2 + e− SiH3 + H + e− Si + 2H2 + e− SiH + H2 + H + e− SiH2∗ + 2H + e− Si∗ + 2H2 + e− SiH2+ + H2 + 2e− SiH3+ + H + 2e− Si+ + 2H2 + 2e− SiH+ + H2 + H + 2e−
所需能量 2.2 eV 4.0 eV 4.2 eV 5.7 eV 8.9 eV 9.5 eV
11.9 eV 12.32 eV 13.6 eV 15.3 eV体参数
• 平均自由程 (MFP)
– 粒子和粒子碰撞前能够移动的平均距离
11 ������ = 2������������ ∝ ������ • 热速度 ������ = ������������/������ 1/2
非对称电极射频系统直流电位
28
非对称电极系统等离子体电位
非对称电极系统等离子体电位
29
等离子体工艺优点
PECVD工艺的优点
• 等离子体对半导体技术的作用
– 离子轰击对溅镀沉积、刻蚀和CVD薄膜应力控制非常重要 – 电子离化分子产生的自由基将显著提高CVD和刻蚀工艺的化学反应速率 – 等离子体中受激发—松弛机制产生的辉光能够表明等离子体刻蚀和等离
基础光学(赵凯华版)Chap1 Introduction
1光学2009.02~2009.06教师简介•董建文–2003年理学学士中山大学物理学系光信息–2000-03年辅修中山大学信科学院计算机系–2003-07 光学博士光电材料与技术国家重点实验室–2007年助理研究员香港科技大学物理系•办公室：南校区激光所403•Phone: (020)84111469,84037563-8403•E-email：dongjwen@ •Homepage: /dong/•Course website: http://202.116.84.117:403/2课程提纲（Syllabus ）1.引言（Introduction）2.几何光学（Geometrical Optics）3.光的干涉（Interference）4.光的衍射（Diffraction）5.光的偏振（Polarization）6.光的吸收、散射、色散（Absorption,Scattering, Dispersion）7.光的量子现象（Quantum of the light）8.激光（Laser）9.现代光学进展（Progresses of Optics）包括：全息（Holography），光子晶体与负折射率材料(Photonic crystals & Negative refraction metamaterials)，量子光学11(Quantum Optics)12参考书（Reference Texts ）•《光学》，赵凯华钟锡华，北京大学出版社•《光学》章志鸣等编著，高等教育出版社•《基础光学》，李良德，中山大学出版社•《普通物理学教程——光学》，易明，高等教育出版社•Principles of Optics 7th edition, Born & Wolf, Cambridge•课程要求成绩考核•课堂笔记•平时作业25%•考试成绩20%(Midterm) + 45%(Final)•严肃纪律(点名) 10%•课程网址：http://202.116.84.117:403/第1章引言§1.1 光学发展史1.中国古代它是一门古老的学科。
光学薄膜原理
E
r 0
)
N1(k0
E
t 1
)
N
0
E
i 0
N
0
E
r 0
N
1
E
t 1
N
0
(
E
i 0
E
r 0
)
N 1 E1t
(2)
(1)×N1-(2)得振幅反射系数:
r
E
r 0
E
i 0
N0 N1 , N0 N1
(1)×N0+(2)得振幅透射系数:
t
E
t 0
E
i 0
2N0 N0 N1
垂直入射时能量反射率和透射率:
12
1 2 E2
1
2 1 H 2
E
12
1 2
E2
1
2 1
H2
( e iδ1 = cosδ1+ i sinδ1, e -iδ1 = cos δ1 - i sin δ1 )
H0=YE0, H2=η2E2
E0
1 Y
cos 1
i
1
sin
1
i sin
1 cos
1
1
1
2
E
2
B
C
光学薄膜的基本原理
第一章：光学薄膜设计的理论基础
第一节: 电磁波及其传播 第二节: 单界面的反射和折射 第三节: 单层薄膜的传输矩阵 第四节: 多层薄膜的分析方法
第二章：典型薄膜系统的设计
第一节: 增透膜(减反射膜) 第二节: 分光膜 第三节: 高反射膜 第四节: 干涉截止滤光片 第五节: 带通滤光片
第一章
光学薄膜设计的理论基础
第一节 电磁波及其传播
第7章光刻胶
6、曝光后烘（PEB） • PEB 通常使用110 到130 °C的热板烘1分钟 • 对于同一种类的光刻胶, PEB 的温度通常 高于匀胶后烘（ 15-20°C ）. • 不充分的PEB 不能完全消除驻波的影响, • 过烘将引起聚合反应影响光刻胶的显影
硅片冷却 • PEB后，显影前，硅片放置在冷却板上冷 却至环境温度 • 高温会加速化学反应引起过显影 • 光刻胶CD 变小
正胶与负胶的性能比较：
1. 显影液不易进入正胶的未曝光部分，正胶光刻后线条不变 形。显影液会使负胶膨胀，线条变宽。虽然烘烤后能收缩， 但易变形。所以负胶不适合2.0微米以下工艺使用。正胶 是ULSI的主要光刻胶。 2. 正胶的针孔密度低，但对衬低的粘附差，通常用HMDS作增 粘处理。负胶对衬底粘附好，针孔密度较高。 3. 正胶耐化学腐蚀，是良好的掩蔽薄膜。
C/cm2 ，则其 Wmin 将增大到 0.23 m 。
3、对比度
对比度的定义为
D100 lg D0
1
D0
D100
对比度是上图中对数坐标下曲线的斜率，表示光刻胶区分
掩模上亮区和暗区的能力的大小，即对剂量变化的敏感程度。
D100 Dcr D0
D100 lg D0
先低速旋转~500rpm 再上升到~3000-7000rpm
黏度 • 在固体表面的流动性 • 影响匀胶厚度 • 与光刻胶的类型和温度有关 • 高速旋转有利于匀胶的均匀性
硅片自动输送轨道系统；真空卡盘吸住硅片；胶盘 排气系统：可控旋转马达；给胶管和给胶泵 边缘清洗（去边）
边缘光刻胶的去除方法
Wmin
qN min q 10 S S
式中，Wmin 为最小尺寸，即分辨率。可见，若灵敏度越高 （即 S 越小），则 Wmin 就越大，分辨率就越差。 例如，负性电子束光刻胶 COP 的 S = 0.3×10-6 C/cm2， 则其 Wmin = 0.073 m 。若其灵敏度提高到 S = 0.03×10-6
免费八年级物理ppt课件
03
04
涵盖八年级物理所有章节和重 要知识点
包含丰富的图表、实验演示和 案例分析
结合生活实际，注重知识应用 和实践能力培养
提供练习题和答案，方便学生 自我检测和巩固学习成果
02
力学基础
运动和力
01
描述运动的基本概念： 位移、速度、加速度
02
力的定义和性质：矢量 性、相互性、独立性
03
力的合成与分解：平行 四边形法则、三角形法 则
01
眼睛主要由角膜、晶状体、视网膜等结构组成，具有折光、成
像和感光等功能。
近视眼的成因与矫正
02
近视眼是由于晶状体太厚或眼球前后径过长导致成像在视网膜
前方，可以通过佩戴凹透镜进行矫正。
远视眼的成因与矫正
03
远视眼是由于晶状体太薄或眼球前后径过短导致成像在视网膜
后方，可以通过佩戴凸透镜进行矫正。
05
光学基础知识
包括光的直线传播、光的反射、光的折射等。
电学基础知识
包括电荷、电场、电流、电压、电阻等概念，以及欧姆定律、串联和并联电路等。
学生自我评价报告分享
学习态度
是否积极参与课堂讨论， 认真完成课后作业。
学习方法
是否善于总结归纳知识点 ，寻找适合自己的学习方 法。
学习效果
是否掌握了所学知识点， 并能够灵活运用所学知识 解决问题。
凸透镜成像规律
物体放在凸透镜前不同位置时，在透镜另一 侧会得到不同性质的像。
投影仪原理
当物体放在凸透镜的一倍焦距和二倍焦距之 间时，成倒立放大的实像。
放大镜原理
当物体放在凸透镜的一倍焦距以内时，成正 立放大的虚像。
照相机原理
当物体放在凸透镜的二倍焦距以外时，成倒 立缩小的实像。
光的干涉与衍射
一切顺利
祝您一切顺利
期待再见
期待下次见面
91%
希望启发
希望内容能够激 发思考
感谢观看
在本次内容中，我们深入学习了光的干涉与衍射 的原理及应用。通过这些知识的学习，我们对光 学有了更加深刻的理解。再次感谢您的关注和支 持，希望我们的学习能够为您带来一些收获。祝 您一切顺利，期待下次再见！
● 05
第5章 光的相干性
光的相干性概念
光的相干性是指光波 在空间和时间上的一 致性。光的相干时间 表示光波保持相干状 态的时间长度，而光 的相干长度则表示光 波的相干区域长度。
干涉仪中的相干性
干涉光源
干涉仪中的相干 光源
相干度计算
干涉仪中的相干 度计算
91%
相干条件
干涉仪中的相干 条件
光的相干性测量
总结
光的干涉与衍射在各个领域的应用展示了光学技 术的广泛应用前景。随着光学科技的不断发展， 光的干涉与衍射将会在更多领域发挥重要作用， 推动科学技术的进步。
● 07
第7章 总结与展望
光的干涉与衍射 研究现状
在光的干涉与衍射的 研究历史回顾中，人 们逐渐认识到光的波 动性质。目前，光的 干涉与衍射研究处于 一个蓬勃发展的阶段， 科学家们正在探索新 的应用领域和技术手 段，为未来的发展奠 定基础。
偏振显微镜观察晶体结构 显微镜中的偏振光源
光学仪器中的应用
偏振片在激光器中的应用 偏振控制器的使用
91%
总结
01 光的偏振
光波在传播时只能沿特定方向振动的现象
02 波片
能够改变或分析偏振状态的光学元件
03 偏振测量
测量光波中偏振分量的比例
结尾
第二章透射电子显微镜ppt课件
透 射 电 镜 主 体 剖 面 图
三级放大成像示意图
2.1.3 观察记录系统
❖ 观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。
❖ 荧光屏涂有在暗室操作条件下，人眼较敏感、发绿 光的荧光物质，有利于高放大倍数、低亮度图像的 聚集和观察。
❖ 照相机构是一个装在荧光屏下面，可以自动换片的 照相暗盒。胶片是一种对电子束曝光敏感、颗粒度 很小的溴化物乳胶底片，为红色盲片，曝光时间很 短，一般只需几秒钟。
的导磁体来吸引部分磁场。
❖电磁式：通过电磁极间 的吸引和排斥来校正磁场。 通过改变两组电磁体的励 磁强度和磁场的方向实现 校正磁场。
消像散器一般安装在透镜的上、 下极靴之间
电磁式消像散示意图
聚光镜消像散调整
2.2.4 光阑（Diaphragm holders and choice of diaphragms）
❖ 新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装 有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照 相装置，即CCD相机。
真空系统
❖ 在电子显微镜中，凡是电子运行的 区域都要求有尽可能高的真空度。
电源与控制系统
❖ 电子显微镜需要两个独立的电源，即使电 子加速的小电流高压电源和使电子束聚焦 与成像的大电流低压磁透镜电源。
1. 电子枪
❖ 电子枪是透射电子显微镜的电子源。
❖ 常用的是热阴极三极电子枪，由发夹形钨丝阴极、栅
源电子极帽枪和的阳极组成。
，形阴成极自:阴偏 极灯丝通常用0.03和阴0.极1毫之米栅间的极钨:栅丝极作是成控V制形电。子束 电位差形。状电和发射强度的（也称
为控制极、韦氏圆筒）。
阳极间会阳聚极:阳极使从阴极发射 交叉点的形，电成通子 定获 向得 高较 速高电的子动流能，，也
《物理学》第六版-马文蔚ppt 总目录
面向21世纪课程教材
总目录
第六版
东南大学等七所工科院校 编 马文蔚 改编
物 理 学 第六版
电子教案
主 编 何跃娟 吴亚敏 陈 健 陈国庆
2021/8/7
高等教育出版社
高等第几教章物育输理电入相学子关内音容像出版社
1
物理学 第六版
物理学
第六版
总目录
第01章 质点运动学
第02章 牛顿定律
第03章 动量守恒定律和能量守恒定律
第04章 刚体转动和流体运动
第05章 静电场
第06章 静电场中的导体和电介质
第07章 恒定磁场 第08章 电磁感应 电磁场
物理学
物理学 第六版
物理学
第六版
第09章 振动
第1章 气体动理论
第13章 热力学基础
第14章 相对论
第15章 量子物理
物理学
总目录
材料分析方法-1-课件
X射线照射到晶体物质时，将产生散射、干涉和衍射等现 象，与光线的绕射现象类似
X射线具有破坏杀死生物组织细胞的作用
27
第二节 X射线的产生及X射线谱
连续X射线和特征X射线
图1-2 X射线管结构示意图
图1-2所示的X射线管是产生 X射线的装置
SWL和强度最大值对应的波长m减小 当管电流 i 增大时，各波长X射线的强度均提高，但SWL
和m保持不变
随阳极靶材的原子序数Z 增大，连续X射线谱的强度提高，
但SWL和m保持不变
31
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱
连续谱强度分布曲线下的面积即为连续 X 射线谱的总 强度，其取决于X射线管U、i、Z 三个因素
不能给出所含元素的分布
10
绪论
四、X射线衍射与电子显微镜
1. X射线衍射（XRD, X-Ray Diffraction） XRD是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的 相组成、晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、 不同结构相的含量以及内应力的方法。
t-ZrO2 ZrSiO
4
Intensity
本教材主要内容
绪论 第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础 第二章 X射线衍射方向 第三章 X射线衍射强度 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定 第七章 多晶体织构的测定
1
本教材主要内容
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础
第九章 透射电子显微镜
1895年德国物理学家伦琴发现了 X射线，随后医学界将其 用于诊断和医疗，后来又用于金属材料和机械零件的探伤
高斯光束的传播特性课件
高斯光束的未来发展趋势
01 发展现状分析
前景广阔
02 未来趋势探讨
挑战与机遇并存
03 科学研究发展
跨学科交叉
高斯光束在工业应用中的创新
制造工艺
高效精准 节约成本
设备应用
智能控制 自动化生产
材料加工
高质量 快速加工
能源利用
节能环保 绿色生产
● 07
第7章 高斯光束的传播特性 课件
高斯光束的重要性
折射率与热效应
热效应
高斯光束在介质中 传播时会产生热效
应。
折射率变化
热效应会导致折射率 发生变化，影响高斯 光束的传播和聚焦效
果。
总结
高斯光束的传播特性受到折射率、衍射效应、非线性光学和热 效应等因素的影响。理解这些因素对于光学应用和光束传输具 有重要意义。
● 03
第3章 高斯光束的光学系统
高斯光束的聚焦系统
● 04
第四章 高斯光束的传播实验
高斯光束的干涉实验
迈克尔逊干涉仪观测
利用迈克尔逊干涉 仪观测高斯光束的
干涉条纹
分析干涉条纹
分析干涉条纹的形状 和对比度，验证高斯
光束的传播特性
高斯光束的衍射实验
在衍射光栅实验中，观测高斯光束的衍射效 应是探究光栅对高斯光束的光斑形状和光强 分布的影响。通过实验，可以进一步了解光 的衍射现象，验证高斯光束在衍射过程中的 特性。
衍射效应
光束传播中的衍射 现象
散射效应
光束在物质中传播时 的散射现象
折射效应
光束在介质中传播时 的折射规律
高斯光束的调制特性
高斯光束可以通过调制改变其传播特性，例 如调制频率、相位等参数可以实现对光束的 精准控制。调制技术在光通信和激光加工中 有着重要的应用价值。
优质初中物理课件ppt
光的折射
折射现象与规律
介绍光的折射现象及其规 律，包括折射角与入射角 的关系、折射定律等。
折射现象的应用
举例说明光的折射现象在 生活、生产和科学研究中 的应用，如光学仪器、光 谱分析等。
色散现象
解释光的折射现象导致的 色散现象及其原理。
光学仪器与光学现象
常见的光学仪器
01
介绍初中阶段常见的光学仪器，如凸透镜、凹透镜、平面镜等
04
详细描述
电路是电流的通路，其中电源提 供电能，负载消耗电能，而中间 环节则包括开关、导线、仪表等 。根据电路的不同特点，可以分 为直流电路和交流电路。
电流、电压、电阻、电容、电感 。
实验演示
简单电路的连接、电压和电流的 测量。
欧姆定律与基尔霍夫定律
总结词
欧姆定律是描述电阻、电压 和电流之间关系的定律，基 尔霍夫定律则是电流守恒定 律。
06 实验课件
CHAPTER
实验一：测量物体的温度
总结词
掌握温度计的使用方法，了解物 体温度的变化规律
详细描述
介绍温度计的原理及使用方法， 通过实验演示测量不同物体的温 度，并记录数据，分析物体温度 的变化规律
实验二：研究光的反射与折射
总结词
了解光的反射与折射现象，掌握反射 定律与折射定律
详细描述
光学实践 电学实验设计
下学期将进一步学习力学知识，包括动量、功与能、机械振动 与机械波等，让学生更深入地理解力学原理。
通过学习热力学第二定律和热机的原理，让学生了解热现象在 日常生活和工业生产中的应用。
组织学生进行光学实验，如制作彩虹、测量透镜焦距等，加深 对光学原理的理解。
通过设计简单的电路实验，让学生了解电路的基本组成和规律 ，提高其实践能力和创新思维。
信息光学复习提纲
信息光学复习提纲 （自编）第一章 二维线性系统1．空间频率的定义是什么？如何理解空间频率的标量性和矢量性？ 2．空间频率分量的定义及表达式？3．平面波的表达式和球面波的表达式？对于单色光波。
时间量 空间量 22v T πωπ== 22K f ππλ== 时间角频率 空间角频率其中：v ----时间频率 其中：f ---空间频率T----时间周期 λ-----空间周期物理意义： ① 当090,,<γβα时0,,>z y x f f f ， 表示k 沿正方向传播； 当090,,>γβα时0,,<z y x f f f ， 表示k沿负方向传播。
② 标量性， 当α↗时，αcos ↘→x f ↘→x d ↗； 当α↘时，αcos ↗→x f ↗→x d ↘。
③标量性与矢量性的联系 x x f d 1= λαcos =x f条纹密x d ↘→x f ↗→α↘→θ↗条纹疏x d ↗→x f ↘→α↗→θ↘ 可见 ：条纹越密（x d 小），衍射角越大 条纹越疏（x d 大），衍射角越小2．空间频率概念光波的表示式为：(,,)0(,,,)(,,)j t j x y z x y z t x y z e e ωϕμμ-=⋅ 0(,,)jK r j t x y z e e ωμ-=⋅ (1.10.2)显然，光波是时间和空间的函数，具有时间周期性与空间周期性。
3．平面波的表达式 ① 单色平面波的公式 ()()()00,,,cos ,,j t jk r j tU x y z t t k r e e U x y z e ωωμωμ-⋅-=-⋅=⋅= 式中复振幅为：()0,,jk r U x y z e μ⋅=()[]γβαμcos cos cos ex p 0z y x jk ++=令 c z y x =++γβαcos cos cos 可见：等相面是一些平行平面 ②任一平面上的平面波表示式()()()101,,exp cos exp cos cos U x y z jkz jk x y μγαβ=+⎡⎤⎣⎦(()exp exp cos cos 0jkz jk x y μαβ⎡⎤=+⎣⎦ ()[]βαcos cos ex p 0y x jk U +=(1.10.36)令 c y x =+βαcos cos 可见，等位线是一些平行线③用空间频率表示的平面波公式 λαcos 1==x x T f ，1cos y y f T βλ==，1cos z z f T γλ== ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛++=z y x j z y x U λγλβλαπμcos cos cos 2exp ,,0 ()()[]z f y f x f j z y x U z y x ++=πμ2ex p ,,0 4、球面波的表达式 ⑴ 单色球面波的复振幅 发散波：(k 与γ一致) ()()0,,,,,jkr j t j t a U x y z t e e U x y z e r ωω--==式中： ()0,,jkr a U x y z e r = (1.10.5) 会聚波：(k 与γ 反向)()()0,,,,,jk r j t j t aU x y z t e e U x y z e r ωω-⋅--==式中： ()0,,jkr a U x y z e r-= (1.10.6)r ⑵ 球面波光场中任一平面上的复振幅分布 设球面波中心与坐标原点重合，则y x ,平面上的复振幅为 ()01,,jkr aU x y z e r=220121exp 12a x y jkz r z ⎡⎤⎛⎫+=+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦ ()⎪⎫ ⎛+⋅≈220exp exp y x jk jkz a4．相干照明下物函数复振幅的表示式及物理意义？5．非相干照明下物光强分布的表示式及物理意义？1、 相干照明设()y x f ,为一物函数的复振幅，其傅氏变换对为 ()()(),exp 2x y x y F f f f x y j f x f y dxdyπ∞-∞⎡⎤=-+⎣⎦⎰⎰ ()()(),,exp 2xyxyxyf x y F f f j f x f y d f dfπ∞-∞⎡⎤=+⎣⎦⎰⎰可见：物函数()y x f ,可以看作由无数振幅不同方向不同的平面波相干迭加而成。
第十二章高分辨透射电子显微术ppt课件
第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 第十二章 高分辨透射电子显微术 第十三章 扫描电子显微镜 第十四章 电子背散射衍射分析技术 第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微结构分析方法
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第十二章 高分辨透射电子显微术
图12-14 Al-Si合金粉末的高分辨像 a)、SEM像 b)和TEM明场像 c) 22
第三节 高分辨电子显微术的应用
六、高分辨像的计算机模拟
由图12-15可说明，Si3N4晶界上有一非晶层， NiAl2O4 与NiO相界为稳定界面， Fe2O3表面为其(0001)面
图12-15 几种平面界面的高分辨像 a) Ge的晶界 b) Si3N4的晶界
的实验像a)、b)、c)及模拟高分辨像d)、e)、f)
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第三节 高分辨电子显微术的应用
材料的微观结构与缺陷结构，对材料的物理、化学和力 学性质有重要影响。利用高分辨电子显微术，可以在原子尺 度对材料微观结构和缺陷进行研究，其应用主要包括 1) 晶体缺陷结构的研究 2) 界面结构的研究 3) 表面结构的研究 4) 各种物质结构的研究 下面给出一些典型的高分辨像，用图示说明高分辨透射电镜 在材料原子尺度显微组织结构、表面与界面以及纳米粉末结 构等分析研究中的应用
电子束倾斜和样品倾斜均会影响高分辨像衬度，电子 束 轻微倾斜，将在衍射束中引入不对称的相位移动
图12-6所示为 Ti2Nb10O29 样品厚度为7.6 nm时的高分辨模 拟 像。图中清楚表明，电子束或样品即使是轻微倾斜，对高 分 辨像衬度也会产生较明显影响
样品倾斜 / mrad
电子束倾斜 / mrad
六、高分辨像的计算机模拟
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§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜
环形间隙 可以使磁 力线集中
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜
为了使线圈 内的磁场强度进 一步增强，可以 在电磁线圈内加 上一对磁性材料 的锥形环－极靴 替带软铁磁壳上 的内环形间隙， 尺寸可以更精确。 可使有效磁场集 中到沿透镜轴向 几毫米的范围之 内
学习了材料测试技术后可以做的事情：
微观组织观察（扫描电镜） 例如薄膜表面形貌，金属断面、相结构分析。 显微结构分析（透射电镜） 例如纳米结构（纳米带、纳米花、纳米针、纳 米线、自组装纳米分子）形貌的观察。 成分、晶相结构分析（电子探针、XRD） 例如鉴定材料的纯度和杂质含量，可以分析黄 金、珠宝等首饰的纯度。
衍射效应：透镜各部分折射到像平面上的像点及其周围区域的光 衍射效应 波相互发生干涉作用、产生衍射的现象。(在像平面上一个点 形成一个中心最亮、周围带有明暗相间同心圆环的斑点，即 埃利斑)。当两个光斑强度峰间的强度谷值比强度峰值低19％， 这个强度反差对人眼来说是刚有所感觉。 分辨两个埃利斑像的判据是：两个埃利斑中心间距等于第一暗环 中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊 半径。
材料测试技术 意义： 借助于材料测试技术，有助于我们了 解分析材料（例如：纳米材料）的微观 结构与宏观性能的关系，指导新型材料 的合成、制备、形貌控制和表征、性能 改善，是对材料科学进行研究必不可少 的手段。
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本课程主要介绍的材料表征手段
透射电子显微镜 （TEM）形貌观察和晶相结构分析 扫描电子显微镜 （SEM）表面形貌表征 电子探针 （WDS, EDS） 微区成分分析 俄歇电子能谱 （AES） 表面化学成分分析 场离子显微镜 （FIM） 原子表面的直接成像 扫描隧道显微镜（STM）与 原子力显微镜 （AFM） 样品表面高分辨形貌分析 7. X射线光电子能谱（XPS） 表面元素价态分析 1. 2. 3. 4. 5. 6.
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不同加速电压下的电子波波长
加速电压 U/KV 20 40 60 80 100 电子波长 λ/nm 0.00859 0.00601 0.00487 0.00418 0.00371 加速电压 U/KV 120 160 200 500 1000 电子波长 λ/nm 0.00334 0.00285 0.00251 0.00142 0.00087
（左）1665年 R. Hoock用来发现细胞的光学显微镜，(右)1848年的显微镜。。
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现代光学显微镜
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光学显微镜发展简史
在显微镜的发展史中，贡献最为卓著的 是德国的物理学家、数学家和光学大师 恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)。 他提出了显微镜的完善理论，阐明了成 像原理、数值ห้องสมุดไป่ตู้径等问题，在1870年发 表了有关放大理论的重要文章。 两年后，又发明了油浸物镜，并在光学 玻璃、显微镜的设计和改进等方向取得 了光辉的业绩。
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§ 7-1 电子波与电磁透镜
三、电子波的波长
电子波的波长是可以改变的…
h λ= mv
h λ= 2emU
1 2 mv = eU 2
2eU v= , m
可见光的波长大约390 nm到760 nm之间。如果加速电压是 100 kV的话，电子波的波长…… 比可见光短十万倍。 可是凸透镜不能用来折射电 子波呀？
§ 7-1 电子波与电磁透镜
二、光学显微镜的分辨极限
问题:你知道人眼 的分辨本领是多少 吗?
0.2 mm!
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§ 7-1 电子波与电磁透镜
二、光学显微镜的分辨极限
问题:一般光学显 微镜的最大有效放 大倍数是多少？ 那怎么样能够得到 更大有效放大倍数 的显微镜？
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纳米InVO4粉体TEM照片
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ZnO纳米带高分辨TEM照片
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SEM照片
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W晶体FIM照片
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第七章 电子光学基础
中国石油大学(北京) 材料科学与工程系
§ 7-1 电子波与电磁透镜
第一节 电子波与电磁透镜 光学显微镜发展简介 光学显微镜的分辨极限 电子波的波长 电磁透镜的原理
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一、光学显微镜发展简史
1590年，荷兰的詹森父子(Hans and zachrias Janssen) 制造出第一台原始的、 放大倍数约为20倍的显微镜。 1610年，意大利物理学家伽利略(Galileo)制造了具有物镜、目镜及镜筒的复式 显微镜。 1665年，英国物理学家罗伯特·胡克(Robert Hooke)用左下图这台复式显微镜 观察软木塞时发现了小的蜂房状结构，称为“细胞”，由此引起了细胞研究的 热潮。 1684年，荷兰物理学家惠更斯(Huygens)设计并制造出双透镜目镜－惠更斯目 镜，是现代多种目镜的原型。这时的光学显微镜已初具现代显微镜的基本结构。
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Mo单晶STM照片
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STM图像
图中的“IBM”是由单个原子构成的
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AFM照片
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XPS谱图
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§ 7-2 电磁透镜的像差与分辨本领
（一）球差
球差是因为电磁透镜近轴 区域磁场和远轴区域磁场 对电子束的折射能力不同 而产生的。 而产生的。 原来的物点是一个几何点， 原来的物点是一个几何点， 由于球差的影响现在变成 了半径为∆r 的漫散圆斑。 了半径为 S的漫散圆斑。 我们用∆r 表示球差大小， 我们用 S表示球差大小， 计算公式为： 计算公式为：
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•1939 - First commercial TEM built in North America by James Hillier and Albert Prebus at the University of Toronto
Dr. Prebus
Dr. Ladd
§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜
电磁透镜原理图
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§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜
电磁透镜原理图
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§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜
换一种角度思考：当电子速度v与磁感应强度B夹角不等于 90度时，电子将作螺旋运动。
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§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜 其原理利用的是电子在磁场中的偏转现象。 其原理利用的是电子在磁场中的偏转现象。 F v F v
左手定则
v F H v F
电子在磁场中的运动和受力
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§ 7-1 电子波与电磁透镜
二、光学显微镜的分辨极限
光学显微镜的发明为人类认 识微观世界提供了重要的工具。 随着科学技术的发展，光学显微 镜因其有限的分辨本领而难以满 足许多微观分析的需求。上世纪 30年代后，电子显微镜的发明将 分辨本领提高到纳米量级，同时 也将显微镜的功能由单一的形貌 观察扩展到集形貌观察、晶体结 构、成分分析于一体。人类认识 微观世界的能力有了长足发展。
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§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜 焦距
Ur f ≈K 2 ( IN )
1 1 1 = + f L1 L2
加速电压 激磁安匝数
物距 放大倍数
像距
f M= L1 − f
电磁透镜的焦距和放大倍数可以通过改变激磁电流而连续变化。
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§ 7-2 电磁透镜的像差与分辨本领
第二节 电磁透镜的像差与分辨本领 球差的原理及其消除方法 像散的原理及其消除方法 色差的原理及其消除方法 影响电磁透镜分辨本领的因素
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§ 7-2 电磁透镜的像差与分辨本领
几何像差： 几何像差：透镜磁场几何形状上的缺陷造成 的像差。 （球差、像散、慧差、场曲和畸变） 色差： 色差：由于电子波长或者能量发生一定幅度 的改变而造成的像差。
0.61λ ∆r0 ≈ ， 空气n = 1, n sin a
一般取：
∆r0 = 0.61λ
1 ∆r0 ≈ λ 2
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对于可见光，其波长范围为390－760nm 因此根据上式光学显微镜的分辨本领极限：200nm
§ 7-1 电子波与电磁透镜
为什么光学显微镜会有分辨极限？
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§ 7-1 电子波与电磁透镜
光学显微镜的成像原理
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