显微镜习题一答案

习题一

1. 什么是显微镜的分辨率(或分辨本领)？

分辨本领是衡量分开相邻两个物点的像的能力

依据瑞利（Raylei ）准则，光学显微镜的极限分辨本领由下列公式给出 α

λ

δsin 61.0n =

式中：δ——可分辨的最小间距，即分辨本领 λ——光波在真空中的波长

α——孔径角（由光点射出并参与成象的光锥的半锥角） ｎ——折射率

2. 试求考虑相对论效应和不考虑相对效应情况下，电子分别在500V 、1kV 、100kV 、1000kV 加速电压下的电子波长，并对结果略加分析。

考虑相对论：

r

r e r U eU m h P h 226

.12=

==λ

???

? ??+=02021U c m e

U U e r 不考虑相对论：

2eU m h

P

h

e r ==

λ

3. 提高显微镜分辨本领的途径有哪些？

提高光学显微镜分辨率的方法：

1) 减低波长。可见光最短波长0.39μm ，若用0.13μm 的紫外线作光源，则会比普通显微

镜提高3倍以上。 2) 增大折射率。水浸物镜和油浸物镜不仅放大倍数高而且由于使用高折射率的介质，分辨

率也高。

3) 加大物镜的镜口率来提高分辨力。说明显微镜物镜的镜口率越大，d 值越小，分辨力越

高，物象越清楚。

提高电子显微镜放大率的方法：

1) 保持良好的加速电压。加速电压不能很低，正常应保持在20～30KV 。

2) 尽量缩短工作距离。工作距离不能太大，一般保持在5～8mm ，以缩短探头接收信号的

距离。

3) 保持好样品的倾斜度，样品倾斜10—150，使二次电子发射及接收的多。 4) 聚光镜放在600—650左右，(数值越大，束斑尺寸越小，分辨率越高)。 5) 对中良好，保证电子束对中，信号强，亮度好。

6)及时更换新的灯丝，使灯丝饱和，束流稳定，并使束流值保持在100—150。

7)物镜光阑合轴好(特征点在2000X倍以上时，基本同心聚焦散焦)。

8)延长抽真空的时间以提高真空度(一般在30分钟以上基本达到平衡)或检查真空系统的

密封状态

4.何为电子显微镜？

电子显微镜（简称：电镜）是以电子束作为照明源，以电子透镜作为成像透镜的显微镜。

5.电子光学主要研究的对象是什么？

荷电粒子在电场和磁场中的运动规律以及如何利用电场和磁场来控制荷电粒子的运动，使之会聚成束、偏转扫描、聚焦成象

6.何为电子透镜？

用于电子束成形、聚焦和利用电子束或离子束获取电子光学成像的特定电磁场。常用的是旋转对称型聚焦透镜。

7.电子透镜的种类主要有哪些？

静电透镜

磁透镜

8.电子在电磁透镜中的运动相对于静电透镜而言有何不同？

方向

9. 电子透镜的基本电子光学参量有哪些？

电子透镜的基本参量包括基点、基面、焦距。

10. 何为电子透镜的物方主轨迹和像方主轨迹？

由物方空间平行于对称轴入射的电子轨迹，称之为物方主轨迹。 由像方空间平行于对称轴入射的电子轨迹，称之为像方主轨迹。

11. 电子透镜的物方主平面和像方主平面相对于光学透镜而言有何不同？

严格地说，任一电子透镜的两端，只要没有加以屏蔽，透镜场将延伸到无穷远，因此，电子透镜并不能象光学透镜那样划定物方空间和像方空间区域的明确界限，只是在实际情况下，由于电子透镜两端的场已经很弱，对电子的影响相对很小，且在我们通常所需满足的精度范围内，可以把对电子起有效作用的场区间限于一个有限的区间范围内，定义此区间为透镜空间（或称为场空间），再按通常习惯，将透镜空间的左方空间（物所在的一侧空间）定义为物方空间，而将透镜空间的右方空间（像所在的一侧空间）定义为像方空间。

12. 何为电子透镜的物方焦点和像方焦点？

物方主点

像方主点

主 点

物方实焦点

像方实焦点 实焦点

物方虚焦点 像方虚焦点

虚焦点 焦 点

物方节点 像方节点 节 点

基点

物方主平面 像方主平面

主平面

物方焦平面

像方焦平面 焦平面

物方节平面 像方节平面

节平面

基面

物方焦距 像方焦距 焦距

电子透镜的基本参量

物方实焦点------所有的像方主轨迹在透镜场的作用下，将会聚于ｚ轴上的一点a F ，点a F 称为物方实焦点。

像方实焦点------所有的物方主轨迹在透镜场的作用下，将会聚于ｚ轴上一点b F ，该点称为像方实焦点。

物方虚焦点------所有的像方主轨迹进入物方空间，其切线的反向沿长线将会聚于ｚ轴上一点

a F ，该点称为物方虚焦点。

像方虚焦点------所有的物方主轨迹进入像方空间，其切线的反向沿长线将会聚于ｚ轴上一点

b F ，该点称为像方虚焦点。

13. 何为电子透镜的物方焦距和像方焦距？

物方焦距―――物方焦点到物方主点（或物方主平面）的距离，通常用f ａ表示。 像方焦距―――像方焦点到像方主点（或像方主平面）的距离，通常用f b 表示。

14. 理想成像应满足的二个基本条件是什么？

1. 点点对应成像。从物平面上发出的所有电子，通过场（电子透镜）的作用，在像平面上

会聚于相应的像点上。像点与物点，点点对应.

2. 像和物的几何形状相似。也就是说各点的横向放大率与物高无关

15. 电子透镜的像差主要有哪些？各像差产生的主要原因是什么？

球差：实际的透镜场，並不严格满足与r 成正比 像散:透镜场的非旋转对称而引起的

慧差: 是由从轴外同一点发出的孔径角不同的电子，通过透镜时，受到的会聚作用不再与径向距离呈正比，故而形成半径不等的散射圆斑，其全部散射圆斑迭加的效果造成的。

畸变：是由于物点离轴较远（0r 较大），透镜场高次项成分对电子的影响已不可忽略。这时，场对电子的会聚作用也不再是严格的线性关系，使得图象的放大率随着离轴距离的不同而变化。

像差 几何像差

球差

色差 场曲 像散

彗差 畸变

16.若电子束的加速电压不稳，会给电子成像带来何不利影响？

电子波长波动，色差变大

17.若电磁透镜的励磁电流不稳，会给电子成像带来何不利影响？

电子波长波动，色差变大

18.入射电子束与固体试样作用所产生的主要信息有哪些？各种信息的主要特

征是什么？

入射电子束照射在固体样品上时，受到样品材料中原子的作用而产生弹性散射和非弹性散射，弹性散射改变了入射电子的方向，非弹性散射使入射电子与样品中原子之间发生能量的交换，将激发出带有样品信息的各种信息载子，而成为电子光学仪器主要利用的信息。

透过电子

19.透过试样的电子有哪些种类？它们有何区别？

入射电子束中穿透过样品而从样品下表面出射的电子，统称为透过电子。透过电子包括未产生散射而直接透过样品的透射电子和产生散射后透过样品的散射电子（主要是弹性散射电子）。由于透射电子和弹性散射电子的强度与样品的厚度及样品中所含化学元素的成分紧密相关，所以可形成厚度衬度像和衍射衬度像。

透射电子和弹性散射电子，是透射电子显微镜进行成像所主要利用的信息电子，可获得物质内部的微观结构图像和进行电子衍射分析。

20.设下图中所示的r a(z)和r b(z)分别表示由物平面上发出的相互平行的两电子轨

迹，f为电子透镜的焦距，试作图表示出轨迹r b(z)经透镜作用后在后焦面和像平面上的成像位置。

PS：成像系统的工作方式主要有两种，一是进行微观结构的放大，二是进行微观结构的电子衍射。这两种工作方式的本质区别，在于工作放大方式时，将中间镜的物面调焦于物镜的像面上，而工作于电子衍射方式时，将中间镜的物面调焦于物镜的后焦面上。关于电子

衍射，我们将在以后的章节中专门加以讨论。