透射電鏡高中低倍光路圖

1、透射電鏡一、基本原理（一） 分辨本領(lǐng)與放大倍數(shù)分辨本領(lǐng)是指能夠分辨物體上兩點(diǎn)之間的最小距離。光學(xué)顯微鏡與電鏡的分辨率相差達(dá)1000倍，因?yàn)楣忡R的分辨本領(lǐng)受到衍射效應(yīng)的限制。當(dāng)光線從一點(diǎn)出發(fā)透過(guò)顯微鏡時(shí)，所成的像不再是一點(diǎn)而是一個(gè)周圍帶有陰影的光斑。如果物體上兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)靠得很近，所成的像就可能分辨不清。也就是說(shuō)，光的波動(dòng)性給光學(xué)顯微鏡規(guī)定了一個(gè)分辨本領(lǐng)的限制。光鏡的分辨本領(lǐng)最終只能達(dá)到約為照明波長(zhǎng)的0。4倍。放大倍數(shù)是指物體經(jīng)過(guò)儀器放大后的像與物的大小之比。放大了的像還可多次放大，但到一定限度后繼續(xù)放大時(shí)便不能增加細(xì)節(jié)，這是分辨本領(lǐng)的限制所致。不能增加圖像細(xì)節(jié)的放大倍數(shù)稱為空放大，而與分辨本領(lǐng)相應(yīng)

2、的最高放大倍數(shù)稱為有效放大倍數(shù)，為眼的分辨本領(lǐng)與儀器的分辨本領(lǐng)之比。（二）電子波（束）特性為了提高顯微鏡的分辨本領(lǐng)，就需要尋找波長(zhǎng)更短的光波作照明。1924年法國(guó)學(xué)者德。布羅依等人創(chuàng)立了波動(dòng)力學(xué)，提出了物質(zhì)波的概念，指出高速運(yùn)動(dòng)的粒子不僅具有粒子性，而且具有波動(dòng)性。這個(gè)假設(shè)不久就為電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。衍射是波動(dòng)的特性，高速運(yùn)動(dòng)的電子能發(fā)生衍射，證明它是一種波。它具有波動(dòng)所具有的共同特征量波長(zhǎng)、頻率、振幅、相位等，并且服從于波動(dòng)的規(guī)律。（三）磁透鏡的光學(xué)性質(zhì)和聚焦原理電鏡實(shí)質(zhì)上是電子透鏡的組合。電子透鏡有靜電透鏡和磁透鏡二種。磁透鏡的聚焦原理：電子在進(jìn)入磁場(chǎng)后受到磁場(chǎng)(洛倫茲力)作用，使電子束產(chǎn)

3、生兩種運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)和折射，而電子在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)與折射是各自進(jìn)行的。因此，在討論磁透鏡的聚焦作用時(shí)就可以暫不考慮電子的旋轉(zhuǎn)，這樣，電子在磁透鏡的折射與光通過(guò)玻璃凸透鏡的聚焦作用相似了。正如玻璃凸透鏡可用于放大成像一樣。磁透鏡也能用于放大成像，而且還可以借用幾何光學(xué)中的光線作圖法與術(shù)語(yǔ)，如用焦點(diǎn)、焦距、物距、像距等概念來(lái)描述電子在磁透鏡的運(yùn)動(dòng)軌跡。電子槍發(fā)射的電子在陽(yáng)極加速電壓的作用下，高速地穿過(guò)陽(yáng)極孔，被聚光鏡會(huì)聚成很細(xì)的電子束照明樣品。因?yàn)殡娮邮┩改芰τ邢蓿砸髽悠纷龅煤鼙?，觀察區(qū)域的厚度在200nm左右。由于樣品微區(qū)的厚度、平均原子序數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)或位向有差別，使電子束透過(guò)樣品時(shí)發(fā)生部分散射

4、，其散射結(jié)果使通過(guò)物鏡光闌孔的電子束強(qiáng)度產(chǎn)生差別，經(jīng)過(guò)物鏡聚焦放大在其像平面上，形成第一幅反映樣品微觀特征的電子像。然后再經(jīng)中間鏡和投影鏡兩級(jí)放大，投射到熒光屏上對(duì)熒光屏感光，即把透射電子的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為人眼直接可見(jiàn)的光強(qiáng)度分布，或由照相底片感光記錄，從而得到一幅具有一定襯度的高放大倍數(shù)的圖像。 二、透射電鏡的基本結(jié)構(gòu)透射電子顯微鏡是以波長(zhǎng)極短的電子束作為照明源，用電磁透鏡聚焦成像的一種高分辨本領(lǐng)、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。它由電子光學(xué)系統(tǒng)（鏡筒）、電源和控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)三部分組成。三、鏡筒結(jié)構(gòu)（1）照明部分 照明部分由電子槍、雙聚光鏡、光闌組、電子束平移、傾斜裝置和消象散器組成。它的

5、作用是提供一束亮度大、孔徑角小、相干性好、穩(wěn)定度高的電子束照射到待分析的樣品上。電子槍 電子槍是電鏡的照明源，由陰極，柵極和陽(yáng)極組成。陰極通常用0。1mm直徑鎢絲做成V型，也可采用LaB6晶體或場(chǎng)發(fā)射電子槍，目前常用的燈絲是LaB6。陰極的作用就是發(fā)射電子，柵極（也叫控制極）由一個(gè)圓筒形金屬帽做成并和陰極一起組裝在一個(gè)高壓瓷瓶上，柵極電位較陰極為負(fù)，通過(guò)改變它的電位來(lái)控制電子束流的大小和像的亮度，陽(yáng)極則是一個(gè)T型中空金屬園筒，陰陽(yáng)兩極之間有較高的電位差，陽(yáng)極由下面還有四級(jí)極可使電子進(jìn)一步加速，電子束進(jìn)一步地聚焦準(zhǔn)直。陰極發(fā)射的電子可以獲得足夠大的功能，形成定向高速電 流，為

6、了安全，陽(yáng)極接地，而燈絲處于負(fù)高壓狀態(tài)。雙聚光透鏡 聚光鏡是電磁透鏡，對(duì)電子束有會(huì)聚作用，電磁透鏡由帶缺口的高導(dǎo)磁軟磁材料回路和嵌在其中的激磁線圈組合而成，激磁線圈通電時(shí)，缺口間隔全形成軸對(duì)稱磁場(chǎng)。電磁透鏡的強(qiáng)度，也就是缺口間隙處磁場(chǎng)強(qiáng)度，它與線圈匝數(shù)N以及線圈中流過(guò)的電流I的乘積NI成正比，一束進(jìn)入軸對(duì)稱磁場(chǎng)的電子束會(huì)由于電磁交互作用而會(huì)聚于一點(diǎn)，這一點(diǎn)稱透鏡的焦點(diǎn)，焦點(diǎn)到透鏡中心的距離叫焦距。（2）成像放大部份 這部份由樣品室、物鏡，二級(jí)中間鏡和二級(jí)投影鏡組成。樣品室位于照明部份和物鏡之間，它的作用是通過(guò)樣品傳遞移動(dòng)裝置，在不破壞鏡筒真空的情況下，使樣品在物鏡的極靴孔內(nèi)

7、平移和傾轉(zhuǎn)。（3）觀察記錄部分 在投影鏡的下面是電子顯微像的觀察和記錄系統(tǒng)。這部分由帶鉛玻璃窗口的觀察室和裝有發(fā)片盒和收片盒的照相室以及CCD（數(shù)碼相機(jī)）組成。觀察室內(nèi)的螢光屏用發(fā)黃綠色光的硫化鋅鎘類熒光粉制作，熒光屏在電子束照射下，呈現(xiàn)出與樣品的組織結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的電子圖像，從而將肉眼看不到的電子像轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光像。移動(dòng)樣品臺(tái)，可以觀察到不同區(qū)域樣品的組織結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)物鏡激磁電流（聚焦）可以使熒光屏上的圖像清晰。圖像調(diào)清晰后，按動(dòng)觀察室外的按鈕，熒光屏轉(zhuǎn)動(dòng)90°，將熒光屏從光路上移開(kāi)，使電子束繼續(xù)沿光軸下行，放置在熒光屏下的發(fā)片盒內(nèi)的電子感光版（電鏡底片）就可以把觀察到的樣品圖像

8、連同該操作條件下的加速電壓、放大倍率以及底片的順序等一起記錄下來(lái)。四、成像光路圖1、高放大倍數(shù)光路圖由電子槍發(fā)射的電子束經(jīng)聚光鏡聚焦照射到試樣上，透過(guò)試樣的電子經(jīng)物鏡放大在中間鏡上方形成一級(jí)放大實(shí)像，中間鏡以一級(jí)實(shí)像作為物，這時(shí)中間鏡放大倍數(shù)較高，在投影鏡上方形成二級(jí)放大實(shí)像，投影鏡以二級(jí)實(shí)像為物進(jìn)一步放大并投影到熒光屏上，形成三級(jí)放大實(shí)像?？色@得幾萬(wàn)倍至幾十萬(wàn)倍的電子顯微圖像。一般用于觀察晶體缺陷。2、中放大倍數(shù)光路圖由電子槍發(fā)射的電子束經(jīng)聚光鏡聚焦照射到試樣上，降低物鏡的放大倍數(shù)，透過(guò)試樣的電子經(jīng)物鏡獲得放大倍數(shù)較低的一級(jí)放大實(shí)像，中間鏡以一級(jí)實(shí)像作為物，這時(shí)中間鏡放大倍數(shù)小于1，故在投影

9、鏡上方獲得一個(gè)縮小了的像，投影鏡以中間鏡形成的縮小的像為物進(jìn)一步放大并投影到熒光屏上，可獲得幾千倍至幾萬(wàn)倍的電子顯微圖像。一般用于觀察金屬顯微組織。3、低放大倍數(shù)光路圖關(guān)閉物鏡，以中間鏡作為物鏡，由電子槍發(fā)射的電子束經(jīng)聚光鏡聚焦照射到試樣上，透過(guò)試樣的電子經(jīng)物鏡放大在中間鏡下方形成一級(jí)放大實(shí)像，投影鏡以一級(jí)實(shí)像為物放大形成二級(jí)放大實(shí)像并投影到熒光屏上?？色@得幾百倍至1500倍的電子顯微圖像。五、對(duì)中與合軸調(diào)整1)合軸的目的：合軸是一種操作，即通過(guò)機(jī)械和電參數(shù)的調(diào)整，使電子光學(xué)系統(tǒng)中的電子槍，各組透鏡，熒光屏的中心在同一軸線上。合軸的操作要領(lǐng)1、查明各類不合軸現(xiàn)象；2、采取針對(duì)性的合軸操作。不合軸的類型：電子槍傾斜未合軸合軸操作：集中光斑，燈絲欠飽和，顯示燈絲像；調(diào)槍傾斜鈕，使燈絲像對(duì)稱；恢復(fù)燈絲電流的飽和狀態(tài)聚光鏡光欄不對(duì)中合軸操作：用聚光鏡鈕收縮光斑，用光平移將光斑移到熒光屏中心；用聚光鏡鈕放大光斑，調(diào)光欄位置，使光斑對(duì)中；反復(fù)上述操作，使兩者同心變化為止。電子槍平移未合軸現(xiàn)象合軸操作：選用小尺寸光斑，用聚光鏡鈕收縮光斑，