为数值孔径，可用 N.A. 来表示； M －放大倍数。
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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
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3. 分辨率Δrd Δrd＝Rd∕M
0.61l rd n sin a
图14有极靴的电磁透镜剖面示意图
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
为了进一步缩小磁场的广延度，使大量磁力线 集中于缝隙附近的狭小区域内，接出一对顶端成圆 锥状的极靴。 带有极靴的电磁透镜可使有效磁场集中到沿透 镜轴向几毫米的范围之内。
固定光阑
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图15
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无中生有
道家认为，天下万物生于有，有生于无。把没有的说成有。比 喻毫无事实，凭空捏造。 ？ 【出自】：《老子》：“天下万物生于有，有生于无。”
批判地思维
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七上八下
最初出处来自于《周易》，《周易》云：“易生太极，是生两仪， 两仪生四象，四象生八卦，八卦定乾坤”其中四象就是老阴、老阳、少 阴、少阳。在周易象数中，老阴数为六，老阳数为九，少阴数为八，少 阳数为七，而老阴和老阳都是变卦，少阴和少阳性质稳定，阳气主升， 意味着向前和向上发展；阴气主降，意味着向后和向内发展。所以代表 少阳的七主上，代表少阴的八主下。合起来就是“七上八下”，单纯的
2018/10/14Fra bibliotek102、放大原理
1 1 1 L1 L2 f
（1）
L1恒＞0，L2＞0时，在另一侧得倒立的实像；L2＜0时，在 同侧得正立的虚像。 3、放大倍数：为像与物的长度比＝像距∕物距
A' B ' L2 AB L1
当 2f＞L1＞f，L2＞2f，M＞1
（2）
L1＜2f，2f＞L2＞f，M＜1
出磁场后又是直线运动。
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
图12
短线圈磁场中的电子运动示意图
说明：电磁透镜具有与光学玻璃透镜相似的光学原理
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
上述讨论了最简单的电磁透镜－短线圈磁场的聚焦成 像原理。其缺点是：①部分磁力线在线圈外，对电子束聚
光轴 光轴
图8(a)双圆筒静电透镜
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图8(b) 静电单透镜
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(1)电子在静电场中的运动及静电透镜聚集原理
静电透镜主轴上一物点散射的电子沿直线轨迹向电场
运动，当电子射入电场作用范围时，将受到折射，最终被 聚焦到透镜光轴上的一点，与类似的光学玻璃透镜如图 8c所示。
图8c 光学玻璃透镜光路
图7 电场对电子的折射示意图
电场中等电位面是对电子折射率相同的表面，与光学系统中 两介质界面起着相同的作用。
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(1)电子在静电场中的运动及静电透镜聚集原理
只要获得与玻璃透镜类似形状的旋转对称等电位曲面 簇，则这些曲面簇也可能使电子波聚焦成像。
通常将能产生旋转对称等电位曲面簇的电极装置叫做 静电透镜。
非均匀磁场的磁极装置叫做电磁透镜。
电磁透镜比恒磁 透镜使用方便，应用 更广泛。
图10(a)透镜磁场中磁感应强度的分解
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
沿透镜主轴方向射入的电子束，其中精确地沿轴线运 动的电子不受磁磁力，不改变运动方向； 其它与主轴平行的入射电子，将受到径向磁感应强度 Br的限制，产生切向力Ft,使电子获得切向速度vt。
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。
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德科学家突破光学显微镜分辨率极限
黑尔等科学家却巧妙地借助脉冲激光的作用，突破 了“阿贝极限”。他们发明的新型的光学显微镜能够观
察２０纳米左右的微小生物。
激光共焦显微镜
不三不四
释 义 不像这也不像那，不像样子，指不正派，也指不象样子, 在形容人时多指人的品行不正派。 最早起源于中国古代的易经思想，易经的每个卦都分6个 爻，俗称6爻卦， 意思为事物发展的6个阶段，第三爻与第四 爻处在6爻的中间位置，在易经中象征正道和大道，不三不四 说明一个人或一件事物不是在正道或大道上，有不务正业之意。
极靴组件分解
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
B（z） 有极靴 没有极靴 无铁壳
有 极 靴 的 聚 集 能 力 最 强
图16 有短线圈、有极靴和无极靴三 种电磁透镜轴向磁感应强度分布
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z
(3)磁透镜和静电透镜性能对比
表1 磁透镜
1. 改变线圈中的电流强度可很方
便的控制焦距和放大率； 2. 无击穿，供给磁透镜线圈的电
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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。
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。
磁透镜
恒磁透镜 电磁透镜
电子可以凭借轴对称的非均匀电场、磁场的力，使其会聚或发散，从而达到成像 的目的。用静电场构成的透镜称之“静电透镜”。
把电磁线圈产生的磁场所构成的透镜称之“电磁透镜”。
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(1)电子在静电场中的运动及静电透镜聚集原理
等电位面
v t1 v t2
图6 平行板电场示意图
材料近代分析方法
刘胜新
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第三章 电子显微镜I
光学和电子光学基础
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学习本章的目的和意义
扫描电子显微镜（SEM） 透射电子显微镜（TEM）
工作基础
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为什么需要电子显微学？
了解微观结构与材料性能的关系 正确使用电子显微技术
充分发挥电子微区分析功能
磁透镜和静电透镜相比有如下的优点 静电透镜
1. 需改变很高的加速电压才可改
变焦距和放大率； 2. 静电透镜需数万伏电压，常会
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三、光学显微镜分辨本领的理论极限
1.Airy斑
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
物镜
像平面形成一 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
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
(a)当v⊥B时电子在与B垂直
(b)当电子v与B不垂直时电子
的平面内作圆周运动
将作螺旋运动
图 9 电子在磁场中的运动轨迹
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
在电子光学系统中用于使电子波聚焦成像的磁场是一 种非均匀的磁场，其等磁位面形状与静电透镜的等电位面 或光学玻璃透镜的界面相似。通常将能产生旋转对称
（4）
对于光学透镜，最大a＝70～75°，若物方介质为油，n＝ 1.25～1.35，则：Δrd≈0.5 l。 对于光学显微镜， N.A. 的值均小于 1 ，油浸透镜也只有 1.5— 1.6，而可见光的波长有限，因此，光学显微镜的分辨本领不能 再次提高。
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光学透镜的分辨本领主要取决于照明源的波长。半波长是
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
focus
图10(d、e) 平行于主轴的入射电子束经过磁透镜后聚焦于主轴上一点
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
vr
A O Br
v
Bz vz B C
b
O’
图11 图10a中A点位置的B 和v的分解情况 圆周运动 电子在磁场中要受到磁场作用力： 切向运动 向轴运动
图10(b)非精确地与主轴平行的入射电子瞬 间受力与运动方向
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(2)电子在磁场中的运动及磁透镜聚集原理
一旦获得切向速度，则电子开始作圆周运动。在电子开 始作圆周运动的瞬间，由于 BZ 的作用，电子受到径向作用 力Fr ，从而使电子向轴偏转；导致电子做圆锥螺旋运动。
图10(c) 平行于主轴的入射电子的运动轨迹
像面
为 Airy 斑 。它是由于衍射作用
所致。
Airy斑
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图4 Airy斑形成示意图
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2. Airy斑半径
0.61l Rd M n sin a
Rd l
（3）
其中， l －光波长； n－物方介质折射率； a － 透镜的孔径半角，即透镜所能容纳的来自物上 某点的最大光锥半顶角； nsina －习惯上被称
表征技术的进步
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Progress in Characterization Technology 表征技术的进步
代表科学的发展水平 开拓新兴学科领域
TEM的发明(1934)； STM的发明（1981） 诺贝尔物理奖(1986）
细胞的微观结构(1945) 病毒的微观结构（1963）
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1、基本概念
⑴光轴：过透镜中心的各条直线叫光轴，光线都不发生折射。 ⑵聚焦：平行于主轴的平行光束通过凸透镜后会聚在主轴上的一