材料分析方法-第八章课件.

二、光学显微镜的分辨率极限
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。
常规金相检测项目
1、焊接金相检验； 2、铸铁金相检验； 3、热处理质量检验； 4、各种金属制品及原材料显微组织检验及评定； 5、铸铁、铸钢、有色金属、原材低倍缺陷检验； 6、金属硬度（HV、HRC、HB）测定、晶粒度评级； 7、非金属夹杂物含量测定； 8、脱碳层/渗碳硬化层深度测定等。
光学显微镜的结构
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。放大倍数为140倍。 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。
h 三、电子波的波长特性 mv
电子波的波长是可以改变的…
1 2 mv eU 2
2eU v , m
h 2emU
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？
由载物台、聚光照明、物镜，目镜和调焦机构组成。 驱动载物台升降，使被观察物体调焦，清晰成象。 聚光照明系统由灯源和聚光镜构成，聚光镜的功能是使 更多的光能集中到被观察的部位。 物镜是第一级放大的镜头，对成象质量起决定性作用。 转换器上放大倍率通常为5～100倍。高倍物镜中多采用 折射率为1.5左右液体的浸液物镜，提高分辨率。 目镜实现第二级放大，放大倍率5～20倍。按视场大小 分为普通目镜和广角目镜两类。目镜只能起放大作用， 不会提高显微镜的分辨率。
可见光 λ ＝ 390 ～ 760nm ，则光学显微镜分
辨 本 领 极 限为
200nm（0.2mm）。若 两 点 间 距 离＜200nm，则无法分辨。
把0.2μm放大到0.2mm让人眼能分辨的放大倍数是1000倍。这
个放大倍数称之为有效放大倍数。光学显微镜的分辨率在0.2μm时， 其有效放大倍数是1000倍。
现代光学显微镜
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、数值孔 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。
材料分析方法
第二篇 材料电子显微分析 第八章 电子光学基础
第一节 电子波与电磁透镜 第二节 电磁透镜的像差与分辨率 第三节 电磁透镜的景深和焦长
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 电子波的波长特性 电磁透镜的原理

一、光学显微镜发展简介
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。
光学显微镜的成像原理
光学显微镜的分辨本领
分辨率：成像物体（试样）上能分辨出来的两个物点间 的最小距离。
人眼的分辨率：0.1-0.2 mm。
光学显微镜分辨本领的理论极限为： 一般取：
1 r0 2
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
光学显微镜的放大倍数可以做的更高，但是，高出的部分对提高分
辨率没有贡献，仅仅是让人眼观察更舒服而已。所以光学显微镜的放
大倍数一般最高在1000-1500之间。
如何提高显微镜的分辨率
根据分辨率Δቤተ መጻሕፍቲ ባይዱd的计算公式可知，要想提高显微镜的分辨率，关键是降低
照明光源的波长。
比可见光波长更短的有：
1）紫外线 ——波长在13-390nm之间，会被物体强烈的吸收；
射作用所致。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。
Airy斑
0.81I
I
图5（a）两个Airy斑 明显可分辨出
图5（b）两个Airy斑 图5（c）两个Airy斑 刚好可分辨出 分辨不出
光学透镜的分辨本领主要取决于照明源的波长。半波长是光学显微
镜分辨率的理论极限。
2）X 射线 ——但是，迄今为止还没有找到能使X射线改变方向、发生 折射和聚焦成像的物质，也就是说还没有X射线的透镜存在。
因此目前紫外线 、X射线均不能作为显微镜的照明光源。
3）电子波 电子波不仅具有短波长，而且存在使之发生折射聚焦的物质。所以
电子波可以作为照明光源，由此形成电子显微镜。
电子波可做为显微镜的照明光源，这种显微镜即为电子显微镜。
放大200倍的斜纹藻
放大30倍碳纳米管
放大40倍的新月藻、硅藻 和水棉
放大200倍的昆虫后腿
金相显微镜
金相显微镜是专门用于观察金属和矿物等不透明物 体金相组织的显微镜，主要以反射光照明。在金相 显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面 ，被物面反射后再返回物镜成像。 金相显微镜将光学显微镜技术、光电转换技术、计 算机图像处理技术完美结合，可在计算机上很方便 地观察金相图像，从而对金相图谱进行分析和评级 。 合金的成分、热处理、冷热加工直接影响金属材料 的组织、结构和性能。因此用金相显微镜来观察检 验分析是工业生产和科学研究中的一种重要手段。
为什么光学显微镜会有分辨极限？
由于光波的波动性，使得由透镜各部分折射到像平面上的像点及
其周围区域的光波发生相互干涉作用，产生衍射效应。
物面
由物平面内的点S1 、 S2 在像平
物镜
面形成一 S1’ 、 S2’ 圆斑，这种圆斑 是由一定大小的中央亮斑和一系列同 心环组成，称为Airy斑。它是由于衍
像面