电子光学基础(PPT63页).ppt

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1、第1章电子光学基础§1.1电子显微镜概述§1.2电子显微镜的诞生过程§1.3电子光学基础1、分辨率2、电子波的波长3、电磁透镜§1.4电子显微镜的类型及用途1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。§1.1电子显微镜概述2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。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。“数码显微镜”:光学显微镜3HistoryofMicroscope大约在400年前（1590年）

2、，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。列文虎克19世纪4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5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1000多倍和几百纳米的水平，不可能再有新的突破。可见光的波长在390纳米到760纳米之间，所以光学显微镜的理论极限分辨本领也就在200纳米左右。61924年，法国学者德布罗意（De.Brgliel）指出，任何一种接近光速的运动粒子都具有波动性，电子既有波动

3、性又有粒子性。§1.2电子显微镜的诞生过程1926-1927年，人们从晶体对电子产生的衍射现象，验证了电子的波动性，并具有比X光还要短的波长。从实验中证明，电子的波长随着加速电压而改变，加速电压为100KV时，其波长仅为0.037Å，大约比可见光波长短10万倍。71926年，德过物理学家布施（Busch)指出具有轴对称性的磁场对电子束来说，起着透镜的作用，这为制造电子显微镜提供了理论依据。1932年，世界上第一台透射电子显微镜在德国柏林产生，由柏林工科大学Knoll和Ruska研制的。放大倍数仅为12-17倍，分辨率很低。1934

4、年，他们把透射电子显微镜的分辨率提高到500Å。81938年，Ruska和其同事在德国西门子公司研制分辨率为100Å的透射电子显微镜，1939年作为商品提供给用户。50年代，英、法、荷、日、美、苏等国透射电子显微镜已批量生产。50年代中期，英国剑桥大学凯文第什实验室的Hirsch和Howie等人为代表，建立了一套直接观察薄晶体的缺陷和结构的实验技术及电子衍射衬度理论。由此，晶体缺陷理论得到了证实。960年代，透射电子显微镜分辨率达到了5Å左右。70年代末至80年代，随着电子显微仪器分辨率的提高，电子显微学科诞生了，它可以了解从结构

5、的信息到原子点阵的排列。101935年，德国学者Knoll首次提出扫描电子显微镜的结构及原理。1938年，德国Von.Ardenne提出在透射电镜的两个静电透镜之间加一扫描线圈，相当于一台扫描透射电子显微镜，分辨率约为500-1000Å。1942：剑桥大学的马伦首次制成世界第一台扫描电镜。1965年，英国剑桥仪器公司生产出了第一台商品扫描电子显微镜，分辨率可达250Å.11我国第一台电子显微镜的研制是在1958年，由中国科学院长春光机所制造，比国外晚了20多年，但发展迅速。1975年开始，我国自行设计制造扫描电子显微镜。80年代初

6、，中国科学院科学仪器厂制造的DX-5型扫描电子显微镜，其分辨率为60Å，放大倍数10万倍。1985年，该厂生产的KYKY-AMRAY1000B型扫面电子显微镜分辨率为60Å，放大倍数25万倍。其它厂家也都已批量生产。121、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。§1.3电子光学基础13r0：两物点的间距；λ：光线的波长；n：透镜周围介质的折射率；

7、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；根据光学原理，两个发光点的分辨距离为：当波长λ一定时，分辨率取决于数值孔径的大小。数值孔径越大则能分辨的结构越细，即分辨率越高。14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nsinα＝1.25-1.35，上式可化简为：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

8、长的一半。15不同波长光源分辨本领的比较16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