1、电子波有何特征？与可见光有何异同？
答:电子波得波长较短,轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦。其波长取决于电子运动得速度与
质量,电子波得波长要比可见光小5个数量级。两者都就是波,具有波粒二象性,波得大小、产
生方式、聚焦方式等不同。
2、分析电磁透镜对波得聚焦原理,说明电磁透镜得结构对聚焦能力得影响。
答:原理:通电线圈产生一种轴对称不均匀分布得磁场,磁力线围绕导线呈环状。磁力线上任一
点得磁感应强度B可以分解成平行于透镜主轴得分量Bz与垂直于透镜主轴得分量Br。速度
为V得平行电子束进入透镜磁场时在A点处受到Br分量得作用,由右手法则,电子所受得切
向力Ft得方向如下图;Ft使电子获得一个切向速度Vt,Vt与Bz分量叉乘,形成了另一个向透
镜主轴靠近得径向力Fr,使电子向主轴偏转。当电子穿过线圈到达B点位置时,Br得方向改变
了180度,Ft随之反向,但就是只就是减小而不改变方向,因此,穿过线圈得电子任然趋向于主
轴方向靠近。结果电子作圆锥螺旋曲线近轴运动。当一束平行与主轴得入射电子束通过投射
电镜时将会聚焦在轴线上一点,这就就是电磁透镜电子波得聚焦对原理。
电磁透镜得结构对电磁场有很大得影响。上图为一种实际常用得带有铁壳以及极靴得电磁透
镜示意图。
1） 电磁透镜中为了增强磁感应强度,通常将线圈置于一个由软磁材料(纯铁或低碳钢)制成
得具有内环形间隙得壳子里,此时线圈得磁力线都集中在壳内,磁感应强度得以加强。狭
缝得间隙越小,磁场强度越强,对电子得折射能力越大。
2） 增加极靴后得磁线圈内得磁场强度可以有效地集中在狭缝周围几毫米得范围内,显著提
高了其聚焦能力。
3、电磁透镜得像差就是怎样产生得,如何来消除或减小像差？
答:电磁透镜得像差可以分为两类:几何像差与色差。几何像差就是因为投射磁场几何形状上
得缺陷造成得,色差就是由于电子波得波长或能量发生一定幅度得改变而造成得。几何像差
主要指球差与像散。球差就是由于电磁透镜得中心区域与边缘区域对电子得折射能力不符合
预定得规律造成得,像散就是由透镜磁场得非旋转对称引起得。
消除或减小得方法:
球差:减小孔径半角或缩小焦距均可减小球差,尤其小孔径半角可使球差明显减小。
像散:引入一个强度与方向都可以调节得矫正磁场即消像散器予以补偿。
色差:采用稳定加速电压得方法有效地较小色差。
4、说明影响光学显微镜与电磁透镜分辨率得关键因素就是什么？如何提高电磁透镜得分辨
率？
答:光学显微镜得分辨本领取决于照明光源得波长。
电磁透镜得分辨率由衍射效应与球面像差来决定,球差就是限制电磁透镜分辨本领得主
要因素。
若只考虑衍射效应,在照明光源与介质一定得条件下,孔径角α越大,透镜得分辨本领越
高。若同时考虑衍射与球差对分辨率得影响,关键在确定电磁透镜得最佳孔径半角,使衍射效
应斑与球差散焦斑得尺寸大小相等。
5、电磁透镜景深与焦长主要受哪些因素影响？说明电磁透镜得景深大、焦长长,就是什么
因素影响得结果？假设电磁透镜没有像差,也没有衍射Airy斑,即分辨率极高,此时景深与
焦长如何？
答:电磁透镜景深与分辨本领、孔径半角之间关系:表明孔径半角越小、景深越大。透镜
集长与分辨本领,像点所张孔径半角得关系:,, ,M为透镜放大倍数。当电磁透镜放大倍数与分
辨本领一定时,透镜焦长随孔径半角减小而增大。
电磁透镜得景深长、焦长长,就是由于小孔径半角影响得结果。
如果电磁透镜没有像差,也没有衍射Airy斑,即分辨率极高,此时没有景深与焦长。
一、填空题
1、电磁透镜得像差包括 球差 、 像散 与 色差 。
2、透射电子显微镜得分辨率主要受 衍射效应 与 球面像差 两因素影响。
3、透射电子显微镜中用磁场来使电子聚焦成像得装置就是电磁透镜。
4、像差分为两类,即几何像差与色差。
二、名词解释
1、球差:即球面像差,就是由于电磁透镜得中心区域与边缘区域对电子得折射能力不同造成
得。轴上物点发出得光束,经电子光学系统以后,与光轴成不同角度得光线交光轴于不同位置,
因此,在像面上形成一个圆形弥散斑,这就就是球差。
像散:由透镜磁场得非旋转对称引起得像差。
色差:由于电子得波长或能量非单一性所引起得像差,它与多色光相似,所以叫做色差。
2、景深:透镜物平面允许得轴向偏差。
焦长:透镜像平面允许得轴向偏差。
在成一幅清晰像得前提下,像平面不变,景物沿光轴前后移动得距离称“景深”;景物不动,
像平面沿光轴前后移动得距离称“焦长”。
3、Ariy斑:物体上得物点通过透镜成像时,由于衍射效应,在像平面上得到得并不就是一个
点,而就是一个中心最亮、周围带有明暗相间同心圆环得圆斑,即所谓Airy斑。
4、孔径半角:孔径半角就是物镜孔径角得一半,而物镜孔径角就是物镜光轴上得物体点与物
镜前透镜得有效直径所形成得角度。因此,孔径半角就是物镜光轴上得物体点与物镜前透镜
得有效直径所形成得角度得一半。
三、选择题
1、 透射电子显微镜中可以消除得像差就是( B )。
A.球差 ;B、 像散 ;C、 色差。
2、由于电磁透镜中心区域与边缘区域对电子折射能力不同而造成得像差称为( A )
A、球差 B、像散 C、色差 D、背散
3、由于透镜磁场非旋转对称而引起得像差称为( B )
A、球差 B、像散 C、色差 D、背散
4、由于入射电子波长得非单一性造成得像差称为( C )
A、球差 B、像散 C、色差 D、背散
5、制造出世界上第一台透射电子显微镜得就是( B )
A、德布罗意 B、鲁斯卡 C、德拜 D、布拉格
四、 就是非题
1、TEM得分辨率既受衍射效应影响,也受透镜得像差影响。( √ )
2、孔径半角α就是影响分辨率得重要因素,TEM中得α角越小越好。( × )
3、TEM中主要就是电磁透镜,由于电磁透镜不存在凹透镜,所以不能象光学显微镜那样通过
凹凸镜得组合设计来减小或消除像差,故TEM中得像差都就是不可消除得。(× )
4、TEM得景深与焦长随分辨率Δr0得数值减小而减小;随孔径半角α得减小而增加;随放大
倍数得提高而减小。( × )
5、电磁透镜得景深与焦长随分辨率Δr0得数值减小而减小;随孔径半角α得减小而增加
( √ )
6、光学显微镜得分辨率取决与照明光源得波长,波长越短,分辨率越高( √ )
7、 波长越短,显微镜得分辨率越高,因此可以采用波长较短得γ射线作为照明光源。( × )
8、用小孔径角成像时可使球差明显减小。( √ )
9、限制电磁透镜分辨率得最主要因素就是色差。( × )
10、电磁透镜得景深越大,对聚焦操作越有利。( √ )
五、问答题
1、什么就是分辨率,影响透射电子显微镜分辨率得因素就是哪些？
答:分辨率:两个物点通过透镜成像,在像平面上形成两个Airy 斑,如果两个物点相距较远
时,两个Airy 斑也各自分开,当两物点逐渐靠近时,两个Airy斑也相互靠近,直至发生部分
重叠。根据Lord Reyleigh建议分辨两个Airy斑得判据:当两个Airy斑得中心间距等于Airy
斑半径时,此时两个Airy斑叠加,在强度曲线上,两个最强峰之间得峰谷强度差为19%,人得
肉眼仍能分辨出就是两物点得像。两个Airy斑再相互靠近,人得肉眼就不能分辨出就是两物
点得像。通常两Airy斑中心间距等于Airy斑半径时,物平面相应得两物点间距成凸镜能分
辨得最小间距即分辨率。
影响透射电镜分辨率得因素主要有:衍射效应与电镜得像差(球差、像散、色差)等。
2、影响电磁透镜景深与焦长得主要因素就是什么？景深与焦长对透射电子显微镜得成像与
设计有何影响？
答:(1)把透镜物平面允许得轴向偏差定义为透镜得景深,影响它得因素有电磁透镜分辨率、
孔径半角,电磁透镜孔径半角越小,景深越大,如果允许较大得像分辨率(取决于样品),那么
透镜得景深就更大了;把透镜像平面允许得轴向偏差定义为透镜得焦长,影响它得因素有分
辨率、像点所张得孔径半角、透镜放大倍数,当电磁透镜放大倍数与分辨率一定时,透镜焦长
随孔径半角得减小而增大。
大得景深与焦长不仅使透射电镜成像方便,而且电镜设计荧光屏与相机位置非常方便。