02-环境评价信息及其获取

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1、微纳测试技术武汉光电国家实验室光电材料与微纳制造研究部(B102)主讲教师：刘世元　博士、教授办公电话：87792409移动电话：13986163191电子邮件：shyliu@mail.hust.edu.cn第二章微纳尺寸测试技术本章学习内容2.1光学显微测量技术2.2显微机器视觉系统2.3自动调焦法2.4莫尔条纹法2.5激光三角法2.6光学干涉测量技术2.7扫描电子显微镜2.8扫描隧道显微镜2.9原子力显微镜2.1光学显微测量技术2.1.1显微镜的发展2.1.2显微镜的光学原理2.1.3显微镜的几个基本概念2.1.

2、4显微镜的结构2.1.5显微镜的使用2.1.6显微镜的维护几个重要的分辨率人眼：0.2mm(250mm明视距离)光学显微镜：0.2μm电子显微镜：0.2nm隧道显微镜：0.001nm2.1.1显微镜的发展人眼人眼观察物体的能力有限。一般的情况下，在250mm的明视距离内，人眼只能分辨相距0.1-0.2mm的两个物体。也就是说，当两个物体相距不到0.1mm的时候，人眼就会把它们看成是一个物体了。这个极限称为人眼的分辨本领。放大镜约在400年前，眼镜片工匠们开始磨制放大镜。当时的放大镜的放大倍数只有3X-5X。2.1.1

3、显微镜的发展显微镜1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者造出类似显微镜的放大仪器。1673～1677年期间，列文胡克制成单组元放大镜式的高倍显微镜19世纪70年代，德国人阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基础。1850年出现了偏光显微术。1893年出现了干涉显微术。1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术。罗伯特·虎克制造的显微镜（1665）放大倍数：140倍列文虎克和他的显微镜（约1680）2.1.2显微镜的光学原理折射与折射率光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折

4、射现象，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。凸透镜的五种成像规律当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在像方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实像；当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在象方二倍焦距上形成同样大小的倒立实像；当物体位于透镜物方二倍焦距以内、焦点以外时，则在像方二倍焦距以外形成放大的倒立实像；当物体位于透镜物方焦点上时，则像方不能成像；当物体位于透镜物方焦点以内时，则像方也无像的形成，而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚象。2.1.2显微镜的光学原理显微镜的成像原理物体AB位于物镜L1前

5、方，离开物镜的距离大于物镜焦距F1，但小于两倍物镜焦距。物体经物镜L1以后，形成一个倒立的放大的实像A1B1。A1B1靠近目镜L2的焦距F2的位置上，经目镜放大为虚像A2B2后供眼睛观察。物镜目镜O1O2F1A1B1ABA2B2F22.1.2显微镜的光学原理显微镜的成像原理显微镜和放大镜作用相似，都是把近处的微小物体成一放大的像，以供人眼观察,只是显微镜比放大镜可以具有更高的放大率而已。显微镜目镜的作用与放大镜一样，所不同的只是眼睛通过目镜所看到的不是物体本身，而是物体被物镜所成的已经放大了一次的像。物镜目镜O1O2

6、F1A1B1ABA2B2F22.1.2显微镜的光学原理2.1.3显微镜的几个基本概念光源分辨率孔径角数值孔径放大率焦深视场工作距离2.1.3显微镜的几个基本概念光源(Source)指能够发射光波的物体。可见光频率范围：7.5×1014-3.9×1014Hz。真空中对应的波长范围：390nm-760nm。相应光色：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。分辨率(Resolution)显微镜能分辨的最小距离，用D表示。显微镜的鉴别距离越小，分辨率越高。满足瑞利判据（艾里斑）：D=0.61/nsin其中：D为分辨率；为光波波长；

7、n为介质折射率；为物镜孔径角。孔径角由标本上一点发出的进入物镜最边缘光线L和进入物镜中心光线OA之间的夹角称为孔径角。数值孔径(NA,NumericalAperture)定义NA=nsin，称为物镜的数值孔径。数值孔径与显微镜的分辨率有密切关系，越短，NA越大，分辨率越高。2.1.3显微镜的几个基本概念点光源经过光学仪器的小圆孔后，由于衍射的影响，所成的像不是一个点，而是一个明暗相间的衍射图样，中央为艾里斑。s1s2d**艾里斑艾里斑瑞利判据当一个点光源的衍射图样的中央最亮处刚好与另一个点光源的衍射图样的第一

8、级暗纹相重合时，这两个点光源恰好能被分辨。恰能分辨能分辨不能分辨数值孔径显微镜的分辨率只取决于物镜数值孔径，与目镜无关！D=0.61/NA提高显微镜分辨率的方法增大物镜的数值孔径NA增大孔径角。在物镜和盖玻片之间充以折射率n较大的油，如香柏油n=1.52。采用短波长光源如紫外光显微镜、电子显微镜。D=0.61/NANA=n·sinα放大率