第九章習題答案final(共5頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1、電子波有何特征？與可見光有何異同？答：電子波的波長較短，軸對稱非均勻磁場能使電子波聚焦。其波長取決于電子運動的速度和質(zhì)量，電子波的波長要比可見光小5個數(shù)量級。兩者都是波，具有波粒二象性，波的大小、產(chǎn)生方式、聚焦方式等不同。2、分析電磁透鏡對波的聚焦原理，說明電磁透鏡的結構對聚焦能力的影響。答：原理：通電線圈產(chǎn)生一種軸對稱不均勻分布的磁場，磁力線圍繞導線呈環(huán)狀。磁力線上任一點的磁感應強度B可以分解成平行于透鏡主軸的分量Bz和垂直于透鏡主軸的分量Br。速度為V的平行電子束進入透鏡磁場時在A點處受到Br分量的作用，由右手法則，電子所受的切向力Ft的方向如下圖；Ft使電子

2、獲得一個切向速度Vt，Vt與Bz分量叉乘，形成了另一個向透鏡主軸靠近的徑向力Fr，使電子向主軸偏轉(zhuǎn)。當電子穿過線圈到達B點位置時，Br的方向改變了180度，F(xiàn)t隨之反向，但是只是減小而不改變方向，因此，穿過線圈的電子任然趨向于主軸方向靠近。結果電子作圓錐螺旋曲線近軸運動。當一束平行與主軸的入射電子束通過投射電鏡時將會聚焦在軸線上一點，這就是電磁透鏡電子波的聚焦對原理。電磁透鏡的結構對電磁場有很大的影響。上圖為一種實際常用的帶有鐵殼以及極靴的電磁透鏡示意圖。1） 電磁透鏡中為了增強磁感應強度，通常將線圈置于一個由軟磁材料（純鐵或低碳鋼）制成的具有內(nèi)環(huán)形間隙的殼子里，此時線圈的磁力線都集中在殼內(nèi)，

3、磁感應強度得以加強。狹縫的間隙越小，磁場強度越強，對電子的折射能力越大。2） 增加極靴后的磁線圈內(nèi)的磁場強度可以有效地集中在狹縫周圍幾毫米的范圍內(nèi)，顯著提高了其聚焦能力。3、電磁透鏡的像差是怎樣產(chǎn)生的，如何來消除或減小像差？答：電磁透鏡的像差可以分為兩類：幾何像差和色差。幾何像差是因為投射磁場幾何形狀上的缺陷造成的，色差是由于電子波的波長或能量發(fā)生一定幅度的改變而造成的。幾何像差主要指球差和像散。球差是由于電磁透鏡的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域?qū)﹄娮拥恼凵淠芰Σ环项A定的規(guī)律造成的，像散是由透鏡磁場的非旋轉(zhuǎn)對稱引起的。消除或減小的方法：球差：減小孔徑半角或縮小焦距均可減小球差，尤其小孔徑半角可使球差明顯

4、減小。像散：引入一個強度和方向都可以調(diào)節(jié)的矯正磁場即消像散器予以補償。色差：采用穩(wěn)定加速電壓的方法有效地較小色差。4、說明影響光學顯微鏡和電磁透鏡分辨率的關鍵因素是什么？如何提高電磁透鏡的分辨率？答：光學顯微鏡的分辨本領取決于照明光源的波長。電磁透鏡的分辨率由衍射效應和球面像差來決定，球差是限制電磁透鏡分辨本領的主要因素。若只考慮衍射效應，在照明光源和介質(zhì)一定的條件下，孔徑角越大，透鏡的分辨本領越高。若同時考慮衍射和球差對分辨率的影響，關鍵在確定電磁透鏡的最佳孔徑半角，使衍射效應斑和球差散焦斑的尺寸大小相等。5、電磁透鏡景深和焦長主要受哪些因素影響？說明電磁透鏡的景深大、焦長長，是什么因素影響

5、的結果？假設電磁透鏡沒有像差，也沒有衍射Airy斑，即分辨率極高，此時景深和焦長如何？ 答：電磁透鏡景深與分辨本領、孔徑半角之間關系：表明孔徑半角越小、景深越大。透鏡集長與分辨本領，像點所張孔徑半角的關系：， ，M為透鏡放大倍數(shù)。當電磁透鏡放大倍數(shù)和分辨本領一定時，透鏡焦長隨孔徑半角減小而增大。電磁透鏡的景深長、焦長長，是由于小孔徑半角影響的結果。如果電磁透鏡沒有像差，也沒有衍射Airy斑，即分辨率極高，此時沒有景深和焦長。一、填空題1、電磁透鏡的像差包括 球差 、 像散 和 色差 。2、透射電子顯微鏡的分辨率主要受 衍射效應 和 球面像差 兩因素影響。3、透射電子顯微鏡中用磁場來使電子聚焦成

6、像的裝置是電磁透鏡。4、像差分為兩類，即幾何像差和色差。二、名詞解釋1、球差：即球面像差，是由于電磁透鏡的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域?qū)﹄娮拥恼凵淠芰Σ煌斐傻摹］S上物點發(fā)出的光束，經(jīng)電子光學系統(tǒng)以后，與光軸成不同角度的光線交光軸于不同位置，因此，在像面上形成一個圓形彌散斑，這就是球差。像散：由透鏡磁場的非旋轉(zhuǎn)對稱引起的像差。色差：由于電子的波長或能量非單一性所引起的像差，它與多色光相似，所以叫做色差。2、景深：透鏡物平面允許的軸向偏差。焦長：透鏡像平面允許的軸向偏差。在成一幅清晰像的前提下，像平面不變，景物沿光軸前后移動的距離稱“景深”；景物不動，像平面沿光軸前后移動的距離稱“焦長”。3、Ariy斑：

7、物體上的物點通過透鏡成像時，由于衍射效應，在像平面上得到的并不是一個點，而是一個中心最亮、周圍帶有明暗相間同心圓環(huán)的圓斑，即所謂Airy斑。4、孔徑半角：孔徑半角是物鏡孔徑角的一半，而物鏡孔徑角是物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度。因此，孔徑半角是物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度的一半。三、選擇題1、 透射電子顯微鏡中可以消除的像差是（ B ）。A球差 ；B. 像散 ；C. 色差。2、由于電磁透鏡中心區(qū)域和邊緣區(qū)域?qū)﹄娮诱凵淠芰Σ煌斐傻南癫罘Q為（ A ）A、球差 B、像散 C、色差 D、背散3、由于透鏡磁場非旋轉(zhuǎn)對稱而引起的像差稱為（ B ）A、球差

8、B、像散 C、色差 D、背散4、由于入射電子波長的非單一性造成的像差稱為（ C ）A、球差 B、像散 C、色差 D、背散5、制造出世界上第一臺透射電子顯微鏡的是（ B ）A、德布羅意 B、魯斯卡 C、德拜 D、布拉格四、 是非題1、TEM的分辨率既受衍射效應影響，也受透鏡的像差影響。（ ）2、孔徑半角是影響分辨率的重要因素，TEM中的角越小越好。（ × ）3、TEM中主要是電磁透鏡，由于電磁透鏡不存在凹透鏡，所以不能象光學顯微鏡那樣通過凹凸鏡的組合設計來減小或消除像差，故TEM中的像差都是不可消除的。（× ）4、TEM的景深和焦長隨分辨率r0的數(shù)值減小而減小；隨孔徑半角的減

9、小而增加；隨放大倍數(shù)的提高而減小。（ × ）5、電磁透鏡的景深和焦長隨分辨率r0的數(shù)值減小而減??；隨孔徑半角的減小而增加（ ）6、光學顯微鏡的分辨率取決與照明光源的波長，波長越短，分辨率越高（ ）7、 波長越短，顯微鏡的分辨率越高，因此可以采用波長較短的射線作為照明光源。（ × ）8、用小孔徑角成像時可使球差明顯減小。（ ）9、限制電磁透鏡分辨率的最主要因素是色差。（ × ）10、電磁透鏡的景深越大，對聚焦操作越有利。（ ）五、問答題1、什么是分辨率，影響透射電子顯微鏡分辨率的因素是哪些？答：分辨率：兩個物點通過透鏡成像，在像平面上形成兩個Airy 斑，如果兩個物

10、點相距較遠時，兩個Airy 斑也各自分開，當兩物點逐漸靠近時，兩個Airy斑也相互靠近，直至發(fā)生部分重疊。根據(jù)Lord Reyleigh建議分辨兩個Airy斑的判據(jù)：當兩個Airy斑的中心間距等于Airy斑半徑時，此時兩個Airy斑疊加，在強度曲線上，兩個最強峰之間的峰谷強度差為19%，人的肉眼仍能分辨出是兩物點的像。兩個Airy斑再相互靠近，人的肉眼就不能分辨出是兩物點的像。通常兩Airy斑中心間距等于Airy斑半徑時，物平面相應的兩物點間距成凸鏡能分辨的最小間距即分辨率。影響透射電鏡分辨率的因素主要有：衍射效應和電鏡的像差（球差、像散、色差）等。2、影響電磁透鏡景深和焦長的主要因素是什么？景深和焦長對透射電子顯微鏡的成像和設計有何影響？答：（1）把透鏡物平面允許的軸向偏差定義為透鏡的景深，影響它的因素有電磁透鏡分辨率、孔徑半角，電磁透鏡孔徑半角越小，景深越