电磁透镜的景深和焦长慕课视频播放-材料现代研究方法-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

同学你好

我们这节课来学习电磁透镜的景深和焦长

首先来看一下景深

电磁透镜的特点是景深大焦长很长

这是由于小孔径角成像的结果

任何样品都有一定的厚度

理论上当透镜的焦距像距一定时

只有一层样品的平面与透镜的理想物平面相重合

能够在透镜的像平面上获得该层平面的理想图像

若偏离理想物平面的物点

都会存在一定程度的失焦

它们在透镜像平面上会产生一个

具有一定尺寸的失焦圆斑

如果失焦圆斑的尺寸不超过由衍射效应

和像差所引起的散焦圆斑

那么它对透镜分辨率就不会产生影响

因此

我们把透镜物平面上所允许的轴向的偏差

定义为透镜的景深

用Df来进行表示

景深和电磁透镜分辨率Δr0之间的关系

可以写成这样的一个公式

我们可以看到Df等于2倍的Δr0比上tanα

由于孔径半角很小

我们做一近似

那么景深Df就约等于2倍的Δr0比上α

这个公式表明电磁透镜孔径半角越小

那么相应的景深也就越大

一般的电磁透镜孔径半角α在0.01

到0.001左右

那么如果透镜的分辨率Δr0等于1nm的时候

那么相应的景深Df则在200-2000nm之间

通常我们薄膜样品的厚度

会控制在200-300个nm左右

那么上述景深范围可保证样品整个厚度范围内

各个结构细节都清晰可见

电磁透镜的景深大

对于图像在高放大倍数下的聚焦操作是非常有利的

下面我们再来看一下焦长

当透镜的焦距物距一定时

像平面在一定的轴向距离内发生移动

也会引起失焦

这时候也会产生失焦圆斑

如果失焦引起的失焦圆斑尺寸

不超过透镜衍射和像差所引起的散焦斑大小

那么像平面在一定的轴向距离内移动

对透镜像的分辨率是没有影响的

我们把透镜像平面允许的轴向偏差

定义为透镜的焦长用DL来进行表示

从图上我们可以看到透镜的焦长DL

它与分辨率Δr0

还有像点所张的孔径半角β角度之间的这个关系

可以写为DL等于2倍的Δr0乘以M比上tanβ

由于β角度也很小

所以这个公式可以约等于2倍的Δr0乘以M比上β

这个公式中的M是为放大倍数

因为β角与孔径半角α角之间的关系

是β等于α比上放大倍数

所以我们就可以将焦长的这个公式DL

整理为DL等于2倍的Δr0比上α

再乘以放大倍数的平方

当电磁透镜放大倍数和分辨本领一定时

透镜的焦长随着孔径半角的减小而增大

如果我们透镜的分辨率这个Δr0的话是1nm

α角是10的-2次方

那么放大倍数是200倍的时候

我们可以把这些数值带入到公式中计算得到

DL这个焦长是等于8mm

这表明在该透镜实际像平面上或者下

各4mm范围移动时

不需要改变透镜的聚焦状态

图像仍然会保持清晰的状态

对于由多级电磁透镜组成的电子显微镜来说

其终像放大倍数等于各级放大倍数的之积

因此终像的焦长也就更长了

一般来说超过10到20个厘米都不成问题

电磁透镜的这一特点

给电子显微镜图像的照相记录带来了极大的方便

只要在荧光屏上图像是聚焦清晰的

那么在荧光屏上或下十几厘米放置照相底片

所拍摄到的图像也将是清晰的

我们这节课就介绍到这里

材料现代研究方法课程列表：

第一章晶体学概要

-1.1 晶体、空间点阵及晶体学参数

-1.2 倒易点阵

-1.3 晶体的宏观对称

-1.4 晶体的微观对称

-1.5 倒易点阵

-1.6 倒易点阵的应用

-1.7 晶体投影

-1.8 晶体投影的应用

-1.9 单晶体标准投影图

-1.9 单晶体标准投影图--作业

第二章 X射线及其与物质的相互作用

-2.1 X射线的产生

-2.2 X射线与物质的相互作用

-2.3 X射线的吸收限与滤波片

-2.4 连续X射线

-2.5 特征X射线

-2.5 特征X射线--作业

第三章 X射线衍射实验基础

-3.1 一个电子对X射线的散射

-3.2 一个原子对X射线的散射

-3.3 简单晶体对X 射线的衍射

-3.4 复杂晶体对X射线的衍射

-3.5 爱瓦德作图法

-3.5 爱瓦德作图法--作业

第四章 X射线衍射基本实验技术

-4.1 粉末照相法

-4.2 多晶衍射仪

-4.3 多晶体衍射峰特征

-4.4 多晶体衍射峰强度

-4.5 多晶体花样分析

-4.5 多晶体花样分析--作业

第五章 X射线衍射技术的应用

-5.1 晶块尺寸与微观应力的宽化

-5.2 晶胞常数的精确确定

-5.3 宏观应力的测定

-5.4 织构的表征

-5.5 织构的测定

-5.6 织构分析

-5.7 物相定性分析

-5.8 物相定量分析

-5.8 物相定量分析--作业

第六章电子光学基础

-6.1 电子波与电磁透镜

--电子波与电磁透镜

-6.2 电磁透镜的像差与分辨率

--电磁透镜的像差与分辨率

-6.3 电磁透镜的景深和焦长

--电磁透镜的景深和焦长

-6.3 电磁透镜的景深和焦长--作业

第七章透射电子显微镜

-7.1 透射电子显微镜的结构与成像原理

--透射电子显微镜的结构与成像原理

-7.2 透射电子显微镜主要部件的结构与工作原理

--透射电子显微镜主要部件的结构与工作原理

-7.3 透射电子显微镜分辨率和放大倍数的测定

--透射电子显微镜分辨率和放大倍数的测定

-7.4 透射电子显微镜样品制备

--透射电子显微镜样品制备

-7.4 透射电子显微镜样品制备--作业

第八章电子衍射

-8.1 概述

--概述

-8.2 电子衍射原理

-8.3 晶带定律与零层倒易截面

-8.4 倒易阵点的扩展与偏移矢量

-8.5 倒易阵点与电子衍射图的关系

-8.6 衍射斑点指数化

-8.7 选区电子衍射

-8.8 单晶电子衍射花样的标定

-8.9 复杂电子衍射花样的标定

-8.9 复杂电子衍射花样的标定--作业

第九章电子衍射衬度成像

-9.1 衍射衬度成像原理

-9.2 消光距离

-9.3 衍衬运动学

-9.4 衍衬动力学简介

-9.5 晶体缺陷分析

-9.5 晶体缺陷分析--作业

第十章扫描电子显微镜

-10.1 电子束与固体样品作用时产生的信号

--电子束与固体样品作用时产生的信号

-10.2 扫描电子显微镜的构造和工作原理

-10.3 扫描电子显微镜的主要性能

-10.4 表面形貌衬度原理及其应用

-10.5 原子序数衬度原理及其应用

-10.6 电子探针仪的结构与工作原理

-10.7 电子探针仪的分析方法及应用

-10.7 电子探针仪的分析方法及应用--作业

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