文档详情

第一章 电子光学系统.pdf

发布:2015-09-17约1.57万字共20页下载文档
文本预览下载声明
北京大学 物理系 研究生课程:透射电子显微学-2006 年 第一章 电子光学系统-磁透镜结构与特性 一、光学显微镜的基本问题-分辨率与衍射极限 光学成像系统 光学显微镜由光学镜头组成,可以方便地将物体放大上千倍,以 分析物体细节信息,其焦距公式为: 1 1 1 + (1-1) f u v 但是,受光学衍射极限地限制,光学显微镜的放大倍数不是无限 的。德国科学家Abbe 证明,显微镜分辨率的极限取决于光源波长的 大小,超过这个极限,再继续放大是徒劳的,实际上只是将噪音信号 放大,得到的是模糊不清的象。 光学显微镜的分辨率与衍射极限 O P P ’ O ’ 图 1-1 俞大鹏 2006-9 1 北京大学 物理系 研究生课程:透射电子显微学-2006 年 当点光源通过透镜后,由于衍射效应,在物平面上得到的不是像 点,而是由一个中央亮斑及其周围一系列明暗相间地圆环所构成的图 斑,即所谓的 Airy 斑。如果将两个点光源靠近,相应的两个 Airy 斑 也逐步重叠,当两个 Airy 斑中心的距离等于 Airy 半径(第一暗环半 径)时,刚好能分辩出两个光斑,此时地光点距离 d 称为分辨率: 图 1-2 衍射效应产生的 Airy 斑。通过 Airy 斑可定义透镜的分辨率。 1.22λ d ≥ (1-2 ) 2n sinα 由上式可知,分辨率的上限约为波长的一半。对可见光,光学显 微镜的分辩极限为 200 纳米。此外,减少波长是提高分辨率的一条途 径。虽然 X 射线、γ射线波长短,但很难将它们汇聚成角。电子束由 于其波长短,散射能量强,尤其可以方便地利用电磁透镜将其聚焦, 使得利用电子显微镜分析物体结构、提高分辨率成为可能。 俞大鹏 2006-9 2 北京大学 物理系 研究生课程:透射电子显微学-2006 年 一、 透射电镜的结构与成像原理 1、透射电子显微镜的成像原理与结构 Abbe 成像原理 电子显微镜成为重要的现代分析手段,其电子光学成像原理可以 用物理光学的 Abbe 成像原理进行说明。 q(r) { } −1 Q(h) F q(r) { } ψ(r) F Q(h) q(r) 图 1-3 电子显微镜成像的物理光学原理 1873 年,Ernst Abbe 在研究如何提高显微镜的分辨率时,提出两 一个相干成像的新理论。将一束单色平行光照射倒平面物体 ABC 上, 使整个系统成为相干成像系统。光波经物体发生 Fraunhofer 衍射,在 透镜后焦面上形成物的衍射花样。透镜后焦面上所有点作为新的次波 源发出相干的球面次波,在像平面上相干叠加,给出物体的像。这种 基于波动光学原理的二步成像理论,后来被称为 Abbe 成像理论。可 以证明,透镜后焦面上的波函数(衍射花样)是物函数的傅氏变换, 而像平面上的像函数则是后焦面上波函数的傅氏逆变换。对于理想透 镜(指无衍射效应,无限大透镜,无象差、畸变下),像函数是物函 俞大鹏 2006-9 3 北京大学 物理系 研究生课程:透射电子显微学-2006 年 数的完全“再现”。而对实际的电子显微镜,由于透镜存在缺陷(象 差)、分辨率等因
显示全部
相似文档