“数码显微镜” : 光学显微镜
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光学显微镜和扫描电镜的光路比较
光源
可见光 电子束
聚光镜 样品 物镜
电磁聚光镜 扫描线圈 探测器 样品
投影镜 图像
光镜
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扫描电镜
扫描电镜和光学显微镜的图像比较
扫描电镜图像
光学显微镜图像

History of Microscope
大约在400年 前（1590年）， 由荷兰科学家杨 森和后来的博物 学家列文虎克发 明和完善的显微 镜，向人们揭示 了一个陌生的微 观世界，他们是 开辟人类显微分 析的始祖。
这说明，显微镜的分辨率取决于可见光的波长，波长 越短，分辨率越大。只有比光线波长一半还大的物体 才会产生反射光而被放大看到。所以，用最好的光学 显微镜，其分辨率也只能是可见光波长的一半。
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不同波长光源分辨本领的比较
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可见光的波长范围为390
– 760nm
(1nm=10Å)，因此光学显微镜的分辨率的极限是
现在电子显微镜的分辨率可达到0.01nm 可携带的附件：X射线波谱分析仪、X射线能谱仪、自 动图像分析仪、背散射衍射仪等等。功能越来越强大。11§1.3 电 Nhomakorabea光学基础
1、分辨率
简单地说，分辨率就是能够把两个点分辨开的最小
距离。
人眼睛的分辨率大约为0.1个毫米。
所以，要想看清比0.1个毫米还小的东西，就要借助
电子的速度v和加速电压U之间: eU ＝1/2 mv2 e－电子所带的电荷。 即 v ＝（2eU/m）1/2
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由此得
＝ h/(2emU)1/2 代入h=6.62×10-34J.S, m=9.11×10-31kg， e=1.60×10-19c ＝12.25/U1/2 U的单位用伏特，的单位为Å 。
用高压加速电子就成为近代电镜的最重要特点， 用这样的电子波作为照明源就可显著提高显微 镜的分辨率。
那么能不能制造出使电子波聚焦成像的透镜？
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3、电磁透镜
静电透镜
电子是带负电的粒子，在静电场中会受到 电场力的作用，使运动方向发生偏转，设计 静电场的大小和形状可实现电子的聚焦和发 散。把 由静电场制成的透镜称为静电透镜， 在电子显微镜中，发射电子的电子枪就是利 用静电透镜。
中国地质大学(武汉)材化 学院 The Faculty of Material Science & Chemistry ,China University of Geosciences
主要内容
第1章 电子光学基础 第2章 电子束与物质作用产生的信号 第3章 扫描电子显微镜的结构及工作原理
第4章 扫描电子显微镜的操作与应用
50年代 英、法、荷、日、美、苏等国透射电子显微镜已批量生产； 同时，晶体缺陷理论得到证实。 60年代 透射电子显微镜的分辨率提高到0.5nm； 商品用扫描电子显微镜的分辨率25nm 70-80 年代 电子显微学科诞生。
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德国 ZEISS 日本 HITACHI 荷兰 Philips 美国 FEI
1 2 3 4
0.388 0.274 0.224 0.194
40 50 60 80
0.0601 0.0536 0.0487 0.0418
5
10 20 30
0.173
0.122 0.0859 0.0698
100
200 500 1000
0.0370
0.0251 0.0142 0.0087
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可见光的波长在3900-7600Å 之间，在常用的 100-200KV加速电压下，电子波的波长要比可见 光小5个数量级 只要能使加速电压提高到一定值就可得到很短 的电子波。
列文虎克
19世纪
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现在，最好的光学显微镜可以达到 2000倍的放大倍数。
现代的光学显微镜
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不管如何完善光学显微镜的透镜和结构，其放大 倍数和分辨率总是被限定在2000多倍和几百纳 米的水平，不可能再有新的突破。
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§1.2 电子显微镜的诞生与发展
1924 德布罗意波：电子的波粒二象性 1926－ 电子波的波长随着加速电压的改变而改变； 1927 布施：具有轴对称的磁场对电子束起着汇聚的作用。 1932 第一台透射电子显微镜诞生：放大倍数12－17倍 1934 透射电子显微镜的分辨率提高到50nm 1942 剑桥大学马伦：第一台扫描电子显微镜诞生
于放大镜和显微镜。即利用显微镜把所要观察的物
体至少放大到0.1个毫米以上，才能看清它。
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根据光学原理，两个发光点的分辨距离为：
r0：两物点的间距； λ：光线的波长； n：透镜周围介质的折射率； α：孔径角，即物点发出能进入透镜成像的 光线锥的锥顶角的半角； nsinα称为数值孔径；
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将玻璃透镜的一般参数代入上式，即最 大孔径半角α=70-75，在介质为油的情况下， n＝1.5,其数值孔径n sinα＝1.25-1.35，上式 可化简为：
200nm。
紫外线（<400nm）作光源，分辨率可提高一
倍。现代紫外光显微镜的分辨率可达到100nm。
要制造更高分辨率的显微镜，必须采用波长更
短的波作为成像媒介。 如何得到短波长？
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2、 电子波的波长 已知电子束具有波动性，对于运动速度为v， 质量为m的电子波的波长为： =h/mv
h－普朗克常数；m－电子的质量；V－电子的速度。
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第1章
电子光学基础
§1.1 电子显微镜概述
电子显微镜是以电子束为照明源，通过电子流 对样品的透射或反射及电磁透镜的多级放大后在 荧光屏上成像的大型仪器。
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comparison
光学显微镜则是利用可见光照明， 将微小物体形成放大影像的光学仪器。 电子显微镜由电子流代替可见光， 由磁场代替透镜，让电子的运动代替光子。

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电磁透镜
运动的电子在磁场中也会受磁场力的作用发
生偏折，从而达到会聚和发散，由磁场制成 的透镜称为磁透镜。用通电线圈产生的磁场 来使电子波聚焦成像的装置叫电磁透镜。
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前面计算的过程中，电子的质量采用 的是静止时的质量，但根据相对论理论， 在高速运动的情况下，其质量有变化： m＝m0/[1-(v/c)2]1/2
v为电子运动的速度，c为光速。
波长与电压的计算公式应校正为： ＝12.25/[U(1+0.9788×10-6U)]1/2
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不同加速电压下电子波的波长（经相对论校正） 加速电压/KV 电子波波长/Å 加速电压/KV 电子波波长/Å