第07章电子光学基础
2024版大学物理(下)电子工业出版社PPT课件
01大学物理概述与回顾Chapter01掌握物理学基本概念、原理和定律，理解物质的基本结构和基本相互作用。
020304培养科学思维能力和分析解决实际问题的能力。
了解物理学在科学技术发展中的应用和对社会发展的影响。
养成良好的学习习惯和严谨的科学态度。
大学物理课程目标与要求01020304牛顿运动定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
力学热力学第一定律、热力学第二定律、气体动理论等。
热学库仑定律、电场强度、电势差、磁场强度等。
电磁学光的干涉、衍射、偏振等基本概念和原理。
光学上学期知识点回顾01020304振动与波动量子力学基础电磁波的辐射与传播固体物理基础本学期学习内容预览010204学习方法与建议认真听课，做好笔记，及时复习巩固所学知识。
多做习题，加深对物理概念和原理的理解。
积极参加课堂讨论和实验活动，提高分析问题和解决问题的能力。
拓展阅读相关物理书籍和文献，了解物理学前沿动态。
0302电磁学基础Chapter静电场的定义与性质库仑定律电场强度与电势高斯定理静电场及其性质恒定电流与电路分析电流的定义与分类欧姆定律基尔霍夫定律电阻、电容和电感磁场与磁感应强度磁场的定义与性质磁感应强度的定义与计算磁场的高斯定理与安培环路定律磁场对运动电荷的作用力电磁感应定律及应用电磁感应现象与法拉第电磁感应定律描述磁场变化时产生感应电动势的规律。
楞次定律与自感、互感现象描述感应电流的方向以及自感、互感现象中感应电动势的大小和方向。
磁场的能量与磁场力做功描述磁场中储存的能量以及磁场力对电流做功的过程。
电磁感应在日常生活和科技中的应用如交流电的产生、电动机和发电机的原理、电磁炉和微波炉的工作原理等。
03振动与波动Chapter物体在平衡位置附近做周期性的往返运动，称为简谐振动。
简谐振动的定义特征量简谐振动的运动学方程简谐振动的动力学特征振幅、周期（或频率）、相位。
描述简谐振动物体位移随时间变化的规律。
满足F=-kx的回复力特征。
集成光学器件的材料
7.4 聚合物材料和玻璃材料（无定形材料）
7.4.1 聚合物材料
主要材料包括： 聚异丁烯酸甲酯（PMMA)、环氧树脂（expoxy)、苯丙环丁烯（benzocy-clobutene，BCB)、氟化聚酰亚胺（polyimide）、聚碳酸酯（polycarborates，PC） 物理特性：电光和热光 特点： 价格低，制作简单 可以淀积在半导体衬底上，易于实现混合集成 光波导损耗低、与光纤的耦合损耗也低 可以有效利用折射率的变化获得强度和相位的调制 通过调节有机材料组份以强化电光或声光特性
02
亚铁磁性晶体，通过掺杂提高法拉第旋转角
03
1100~1500nm的光吸收系数很低
04
主要制作光隔离器，也可制作调制器、开关等
05
衬底---钆镓石榴石GGG（Nd3Ga5O12)等
06
薄膜制备---化学汽相淀积、溶胶-凝胶、射频溅射
07
7.5 磁性材料
表7.3 闪锌矿型GaN、AlN材料体系主要特性
特性
GaN
AlN
禁带宽度（eV）（T=300K）
3.2~3.3
5.11（理论值）
晶格常数（Å）
4.52
4.33（理论值）
折射率
n=2.5
7.3 介质材料（dielectric material ）
介质材料---介电常数比较高的材料，可分为微波介质材料、光学介质材料；按材料的状态和性质分为光学晶体、光学玻璃 等
3.54
1550 nm LD
In0.47Ga0.53As
0.75
1.67
3.56
长波长PD/APD
表7.2 纤锌矿型GaN、AlN材料体系主要特性
第07章孤子和光孤子概述
158
(McLaughlin)发表综述文章， 在电子、 光学界普及了孤子知识。 同年， 长谷川 (Ahasegawa) 和托皮特 (Tappert) 预言光纤孤子的存在。1975 年，克鲁汉森 (Krumhansl) 和施切弗 (Schieffer) 开始研究了孤波的统计力学。 第三阶段 (1973~)，把孤子的概论广泛应用于物理学、生物学、天文学等各个领域。同时，开展高维 孤子的研究，1980 年非线性效应专刊 Physica D 问世，与此同时，光纤中的孤子已在实验中产生出来。此 后的发展更是突飞猛进，文献数不胜数，各种专著及述评琳琅满目，有关专为 h 的 N 个非线性弹簧一个连一个，两端的连着固定边界。当这些弹簧被压缩或伸长 时，他们产 生一个力：
2024版年度《大学物理》全套教学课件(共11章完整版)
01课程介绍与教学目标Chapter《大学物理》课程简介0102教学目标与要求教学目标教学要求教材及参考书目教材参考书目《普通物理学教程》（力学、热学、电磁学、光学、近代物理学），高等教育出版社；《费曼物理学讲义》，上海科学技术出版社等。
02力学基础Chapter质点运动学位置矢量与位移运动学方程位置矢量的定义、位移的计算、标量与矢量一维运动学方程、二维运动学方程、三维运动学方程质点的基本概念速度与加速度圆周运动定义、特点、适用条件速度的定义、加速度的定义、速度与加速度的关系圆周运动的描述、角速度、线速度、向心加速度01020304惯性定律、惯性系与非惯性系牛顿第一定律动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力、牛顿第三定律的应用牛顿第三定律万有引力定律的表述、引力常量的测定万有引力定律牛顿运动定律动量定理角动量定理碰撞030201动量定理与角动量定理功和能功的定义及计算动能定理势能机械能守恒定律03热学基础Chapter1 2 3温度的定义和单位热量与内能热力学第零定律温度与热量热力学第一定律的表述功与热量的关系热力学第一定律的应用热力学第二定律的表述01熵的概念02热力学第二定律的应用03熵与熵增原理熵增原理的表述熵与热力学第二定律的关系熵增原理的应用04电磁学基础Chapter静电场电荷与库仑定律电场与电场强度电势与电势差静电场中的导体与电介质01020304电流与电流密度磁场对电流的作用力磁场与磁感应强度磁介质与磁化强度稳恒电流与磁场阐述法拉第电磁感应定律的表达式和应用，分析感应电动势的产生条件和计算方法。
法拉第电磁感应定律楞次定律与自感现象互感与变压器电磁感应的能量守恒与转化解释楞次定律的含义和应用，分析自感现象的产生原因和影响因素。
介绍互感的概念、计算方法以及变压器的工作原理和应用。
分析电磁感应过程中的能量守恒与转化关系，以及焦耳热的计算方法。
电磁感应现象电磁波的产生与传播麦克斯韦方程组电磁波的辐射与散射电磁波谱与光子概念麦克斯韦电磁场理论05光学基础Chapter01光线、光束和波面的概念020304光的直线传播定律光的反射定律和折射定律透镜成像原理及作图方法几何光学基本原理波动光学基础概念01020304干涉现象及其应用薄膜干涉及其应用（如牛顿环、劈尖干涉等）01020304惠更斯-菲涅尔原理单缝衍射和圆孔衍射光栅衍射及其应用X射线衍射及晶体结构分析衍射现象及其应用06量子物理基础Chapter02030401黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射实验与经典物理的矛盾普朗克量子假设的提普朗克公式及其物理意义量子化概念在解决黑体辐射问题中的应用010204光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应实验现象与经典理论的矛盾爱因斯坦光子理论的提光电效应方程及其物理意义光子概念在解释光电效应中的应用03康普顿效应及德布罗意波概念康普顿散射实验现象与经德布罗意波概念的提典理论的矛盾测不准关系及量子力学简介测不准关系的提出及其物理量子力学的基本概念与原理意义07相对论基础Chapter狭义相对论基本原理相对性原理光速不变原理质能关系广义相对论简介等效原理在局部区域内，无法区分均匀引力场和加速参照系。
第07章等离子体工艺
激发—松弛碰撞
松弛过程示意图 ������∗ ������ + ℎ������
13
分解碰撞
分解碰撞示意图 e− + AB A + B + e−
14
PECVD硅烷等离子体中的碰撞
碰撞 e− + SiH4
副产品
SiH2 + H2 + e− SiH3 + H + e− Si + 2H2 + e− SiH + H2 + H + e− SiH2∗ + 2H + e− Si∗ + 2H2 + e− SiH2+ + H2 + 2e− SiH3+ + H + 2e− Si+ + 2H2 + 2e− SiH+ + H2 + H + 2e−
所需能量 2.2 eV 4.0 eV 4.2 eV 5.7 eV 8.9 eV 9.5 eV
11.9 eV 12.32 eV 13.6 eV 15.3 eV体参数
• 平均自由程 (MFP)
– 粒子和粒子碰撞前能够移动的平均距离
11 ������ = 2������������ ∝ ������ • 热速度 ������ = ������������/������ 1/2
非对称电极射频系统直流电位
28
非对称电极系统等离子体电位
非对称电极系统等离子体电位
29
等离子体工艺优点
PECVD工艺的优点
• 等离子体对半导体技术的作用
– 离子轰击对溅镀沉积、刻蚀和CVD薄膜应力控制非常重要 – 电子离化分子产生的自由基将显著提高CVD和刻蚀工艺的化学反应速率 – 等离子体中受激发—松弛机制产生的辉光能够表明等离子体刻蚀和等离
基础光学(赵凯华版)Chap1 Introduction
1光学2009.02~2009.06教师简介•董建文–2003年理学学士中山大学物理学系光信息–2000-03年辅修中山大学信科学院计算机系–2003-07 光学博士光电材料与技术国家重点实验室–2007年助理研究员香港科技大学物理系•办公室：南校区激光所403•Phone: (020)84111469,84037563-8403•E-email：dongjwen@ •Homepage: /dong/•Course website: http://202.116.84.117:403/2课程提纲（Syllabus ）1.引言（Introduction）2.几何光学（Geometrical Optics）3.光的干涉（Interference）4.光的衍射（Diffraction）5.光的偏振（Polarization）6.光的吸收、散射、色散（Absorption,Scattering, Dispersion）7.光的量子现象（Quantum of the light）8.激光（Laser）9.现代光学进展（Progresses of Optics）包括：全息（Holography），光子晶体与负折射率材料(Photonic crystals & Negative refraction metamaterials)，量子光学11(Quantum Optics)12参考书（Reference Texts ）•《光学》，赵凯华钟锡华，北京大学出版社•《光学》章志鸣等编著，高等教育出版社•《基础光学》，李良德，中山大学出版社•《普通物理学教程——光学》，易明，高等教育出版社•Principles of Optics 7th edition, Born & Wolf, Cambridge•课程要求成绩考核•课堂笔记•平时作业25%•考试成绩20%(Midterm) + 45%(Final)•严肃纪律(点名) 10%•课程网址：http://202.116.84.117:403/第1章引言§1.1 光学发展史1.中国古代它是一门古老的学科。
光学薄膜原理
E
r 0
)
N1(k0
E
t 1
)
N
0
E
i 0
N
0
E
r 0
N
1
E
t 1
N
0
(
E
i 0
E
r 0
)
N 1 E1t
(2)
(1)×N1-(2)得振幅反射系数:
r
E
r 0
E
i 0
N0 N1 , N0 N1
(1)×N0+(2)得振幅透射系数:
t
E
t 0
E
i 0
2N0 N0 N1
垂直入射时能量反射率和透射率:
12
1 2 E2
1
2 1 H 2
E
12
1 2
E2
1
2 1
H2
( e iδ1 = cosδ1+ i sinδ1, e -iδ1 = cos δ1 - i sin δ1 )
H0=YE0, H2=η2E2
E0
1 Y
cos 1
i
1
sin
1
i sin
1 cos
1
1
1
2
E
2
B
C
光学薄膜的基本原理
第一章：光学薄膜设计的理论基础
第一节: 电磁波及其传播 第二节: 单界面的反射和折射 第三节: 单层薄膜的传输矩阵 第四节: 多层薄膜的分析方法
第二章：典型薄膜系统的设计
第一节: 增透膜(减反射膜) 第二节: 分光膜 第三节: 高反射膜 第四节: 干涉截止滤光片 第五节: 带通滤光片
第一章
光学薄膜设计的理论基础
第一节 电磁波及其传播
第7章光刻胶
6、曝光后烘（PEB） • PEB 通常使用110 到130 °C的热板烘1分钟 • 对于同一种类的光刻胶, PEB 的温度通常 高于匀胶后烘（ 15-20°C ）. • 不充分的PEB 不能完全消除驻波的影响, • 过烘将引起聚合反应影响光刻胶的显影
硅片冷却 • PEB后，显影前，硅片放置在冷却板上冷 却至环境温度 • 高温会加速化学反应引起过显影 • 光刻胶CD 变小
正胶与负胶的性能比较：
1. 显影液不易进入正胶的未曝光部分，正胶光刻后线条不变 形。显影液会使负胶膨胀，线条变宽。虽然烘烤后能收缩， 但易变形。所以负胶不适合2.0微米以下工艺使用。正胶 是ULSI的主要光刻胶。 2. 正胶的针孔密度低，但对衬低的粘附差，通常用HMDS作增 粘处理。负胶对衬底粘附好，针孔密度较高。 3. 正胶耐化学腐蚀，是良好的掩蔽薄膜。
C/cm2 ，则其 Wmin 将增大到 0.23 m 。
3、对比度
对比度的定义为
D100 lg D0
1
D0
D100
对比度是上图中对数坐标下曲线的斜率，表示光刻胶区分
掩模上亮区和暗区的能力的大小，即对剂量变化的敏感程度。
D100 Dcr D0
D100 lg D0
先低速旋转~500rpm 再上升到~3000-7000rpm
黏度 • 在固体表面的流动性 • 影响匀胶厚度 • 与光刻胶的类型和温度有关 • 高速旋转有利于匀胶的均匀性
硅片自动输送轨道系统；真空卡盘吸住硅片；胶盘 排气系统：可控旋转马达；给胶管和给胶泵 边缘清洗（去边）
边缘光刻胶的去除方法
Wmin
qN min q 10 S S
式中，Wmin 为最小尺寸，即分辨率。可见，若灵敏度越高 （即 S 越小），则 Wmin 就越大，分辨率就越差。 例如，负性电子束光刻胶 COP 的 S = 0.3×10-6 C/cm2， 则其 Wmin = 0.073 m 。若其灵敏度提高到 S = 0.03×10-6
免费八年级物理ppt课件
03
04
涵盖八年级物理所有章节和重 要知识点
包含丰富的图表、实验演示和 案例分析
结合生活实际，注重知识应用 和实践能力培养
提供练习题和答案，方便学生 自我检测和巩固学习成果
02
力学基础
运动和力
01
描述运动的基本概念： 位移、速度、加速度
02
力的定义和性质：矢量 性、相互性、独立性
03
力的合成与分解：平行 四边形法则、三角形法 则
01
眼睛主要由角膜、晶状体、视网膜等结构组成，具有折光、成
像和感光等功能。
近视眼的成因与矫正
02
近视眼是由于晶状体太厚或眼球前后径过长导致成像在视网膜
前方，可以通过佩戴凹透镜进行矫正。
远视眼的成因与矫正
03
远视眼是由于晶状体太薄或眼球前后径过短导致成像在视网膜
后方，可以通过佩戴凸透镜进行矫正。
05
光学基础知识
包括光的直线传播、光的反射、光的折射等。
电学基础知识
包括电荷、电场、电流、电压、电阻等概念，以及欧姆定律、串联和并联电路等。
学生自我评价报告分享
学习态度
是否积极参与课堂讨论， 认真完成课后作业。
学习方法
是否善于总结归纳知识点 ，寻找适合自己的学习方 法。
学习效果
是否掌握了所学知识点， 并能够灵活运用所学知识 解决问题。
凸透镜成像规律
物体放在凸透镜前不同位置时，在透镜另一 侧会得到不同性质的像。
投影仪原理
当物体放在凸透镜的一倍焦距和二倍焦距之 间时，成倒立放大的实像。
放大镜原理
当物体放在凸透镜的一倍焦距以内时，成正 立放大的虚像。
照相机原理
当物体放在凸透镜的二倍焦距以外时，成倒 立缩小的实像。
光的干涉与衍射
一切顺利
祝您一切顺利
期待再见
期待下次见面
91%
希望启发
希望内容能够激 发思考
感谢观看
在本次内容中，我们深入学习了光的干涉与衍射 的原理及应用。通过这些知识的学习，我们对光 学有了更加深刻的理解。再次感谢您的关注和支 持，希望我们的学习能够为您带来一些收获。祝 您一切顺利，期待下次再见！
● 05
第5章 光的相干性
光的相干性概念
光的相干性是指光波 在空间和时间上的一 致性。光的相干时间 表示光波保持相干状 态的时间长度，而光 的相干长度则表示光 波的相干区域长度。
干涉仪中的相干性
干涉光源
干涉仪中的相干 光源
相干度计算
干涉仪中的相干 度计算
91%
相干条件
干涉仪中的相干 条件
光的相干性测量
总结
光的干涉与衍射在各个领域的应用展示了光学技 术的广泛应用前景。随着光学科技的不断发展， 光的干涉与衍射将会在更多领域发挥重要作用， 推动科学技术的进步。
● 07
第7章 总结与展望
光的干涉与衍射 研究现状
在光的干涉与衍射的 研究历史回顾中，人 们逐渐认识到光的波 动性质。目前，光的 干涉与衍射研究处于 一个蓬勃发展的阶段， 科学家们正在探索新 的应用领域和技术手 段，为未来的发展奠 定基础。
偏振显微镜观察晶体结构 显微镜中的偏振光源
光学仪器中的应用
偏振片在激光器中的应用 偏振控制器的使用
91%
总结
01 光的偏振
光波在传播时只能沿特定方向振动的现象
02 波片
能够改变或分析偏振状态的光学元件
03 偏振测量
测量光波中偏振分量的比例
结尾
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜
环形间隙 可以使磁 力线集中
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜
为了使线圈 内的磁场强度进 一步增强，可以 在电磁线圈内加 上一对磁性材料 的锥形环－极靴 替带软铁磁壳上 的内环形间隙， 尺寸可以更精确。 可使有效磁场集 中到沿透镜轴向 几毫米的范围之 内
学习了材料测试技术后可以做的事情：
微观组织观察（扫描电镜） 例如薄膜表面形貌，金属断面、相结构分析。 显微结构分析（透射电镜） 例如纳米结构（纳米带、纳米花、纳米针、纳 米线、自组装纳米分子）形貌的观察。 成分、晶相结构分析（电子探针、XRD） 例如鉴定材料的纯度和杂质含量，可以分析黄 金、珠宝等首饰的纯度。
衍射效应：透镜各部分折射到像平面上的像点及其周围区域的光 衍射效应 波相互发生干涉作用、产生衍射的现象。(在像平面上一个点 形成一个中心最亮、周围带有明暗相间同心圆环的斑点，即 埃利斑)。当两个光斑强度峰间的强度谷值比强度峰值低19％， 这个强度反差对人眼来说是刚有所感觉。 分辨两个埃利斑像的判据是：两个埃利斑中心间距等于第一暗环 中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊 半径。
材料测试技术 意义： 借助于材料测试技术，有助于我们了 解分析材料（例如：纳米材料）的微观 结构与宏观性能的关系，指导新型材料 的合成、制备、形貌控制和表征、性能 改善，是对材料科学进行研究必不可少 的手段。
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
本课程主要介绍的材料表征手段
透射电子显微镜 （TEM）形貌观察和晶相结构分析 扫描电子显微镜 （SEM）表面形貌表征 电子探针 （WDS, EDS） 微区成分分析 俄歇电子能谱 （AES） 表面化学成分分析 场离子显微镜 （FIM） 原子表面的直接成像 扫描隧道显微镜（STM）与 原子力显微镜 （AFM） 样品表面高分辨形貌分析 7. X射线光电子能谱（XPS） 表面元素价态分析 1. 2. 3. 4. 5. 6.
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
不同加速电压下的电子波波长
加速电压 U/KV 20 40 60 80 100 电子波长 λ/nm 0.00859 0.00601 0.00487 0.00418 0.00371 加速电压 U/KV 120 160 200 500 1000 电子波长 λ/nm 0.00334 0.00285 0.00251 0.00142 0.00087
（左）1665年 R. Hoock用来发现细胞的光学显微镜，(右)1848年的显微镜。。
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
现代光学显微镜
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
光学显微镜发展简史
在显微镜的发展史中，贡献最为卓著的 是德国的物理学家、数学家和光学大师 恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)。 他提出了显微镜的完善理论，阐明了成 像原理、数值ห้องสมุดไป่ตู้径等问题，在1870年发 表了有关放大理论的重要文章。 两年后，又发明了油浸物镜，并在光学 玻璃、显微镜的设计和改进等方向取得 了光辉的业绩。
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-1 电子波与电磁透镜
三、电子波的波长
电子波的波长是可以改变的…
h λ= mv
h λ= 2emU
1 2 mv = eU 2
2eU v= , m
可见光的波长大约390 nm到760 nm之间。如果加速电压是 100 kV的话，电子波的波长…… 比可见光短十万倍。 可是凸透镜不能用来折射电 子波呀？
§ 7-1 电子波与电磁透镜
二、光学显微镜的分辨极限
问题:你知道人眼 的分辨本领是多少 吗?
0.2 mm!
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-1 电子波与电磁透镜
二、光学显微镜的分辨极限
问题:一般光学显 微镜的最大有效放 大倍数是多少？ 那怎么样能够得到 更大有效放大倍数 的显微镜？
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
纳米InVO4粉体TEM照片
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
ZnO纳米带高分辨TEM照片
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
SEM照片
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
W晶体FIM照片
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
第七章 电子光学基础
中国石油大学(北京) 材料科学与工程系
§ 7-1 电子波与电磁透镜
第一节 电子波与电磁透镜 光学显微镜发展简介 光学显微镜的分辨极限 电子波的波长 电磁透镜的原理
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
一、光学显微镜发展简史
1590年，荷兰的詹森父子(Hans and zachrias Janssen) 制造出第一台原始的、 放大倍数约为20倍的显微镜。 1610年，意大利物理学家伽利略(Galileo)制造了具有物镜、目镜及镜筒的复式 显微镜。 1665年，英国物理学家罗伯特·胡克(Robert Hooke)用左下图这台复式显微镜 观察软木塞时发现了小的蜂房状结构，称为“细胞”，由此引起了细胞研究的 热潮。 1684年，荷兰物理学家惠更斯(Huygens)设计并制造出双透镜目镜－惠更斯目 镜，是现代多种目镜的原型。这时的光学显微镜已初具现代显微镜的基本结构。
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
Mo单晶STM照片
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
STM图像
图中的“IBM”是由单个原子构成的
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
AFM照片
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
XPS谱图
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-2 电磁透镜的像差与分辨本领
（一）球差
球差是因为电磁透镜近轴 区域磁场和远轴区域磁场 对电子束的折射能力不同 而产生的。 而产生的。 原来的物点是一个几何点， 原来的物点是一个几何点， 由于球差的影响现在变成 了半径为∆r 的漫散圆斑。 了半径为 S的漫散圆斑。 我们用∆r 表示球差大小， 我们用 S表示球差大小， 计算公式为： 计算公式为：
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
•1939 - First commercial TEM built in North America by James Hillier and Albert Prebus at the University of Toronto
Dr. Prebus
Dr. Ladd
§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜
电磁透镜原理图
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜
电磁透镜原理图
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜
换一种角度思考：当电子速度v与磁感应强度B夹角不等于 90度时，电子将作螺旋运动。
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜 其原理利用的是电子在磁场中的偏转现象。 其原理利用的是电子在磁场中的偏转现象。 F v F v
左手定则
v F H v F
电子在磁场中的运动和受力
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-1 电子波与电磁透镜
二、光学显微镜的分辨极限
光学显微镜的发明为人类认 识微观世界提供了重要的工具。 随着科学技术的发展，光学显微 镜因其有限的分辨本领而难以满 足许多微观分析的需求。上世纪 30年代后，电子显微镜的发明将 分辨本领提高到纳米量级，同时 也将显微镜的功能由单一的形貌 观察扩展到集形貌观察、晶体结 构、成分分析于一体。人类认识 微观世界的能力有了长足发展。
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-1 电子波与电磁透镜
四、电磁透镜 焦距
Ur f ≈K 2 ( IN )
1 1 1 = + f L1 L2
加速电压 激磁安匝数
物距 放大倍数
像距
f M= L1 − f
电磁透镜的焦距和放大倍数可以通过改变激磁电流而连续变化。
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-2 电磁透镜的像差与分辨本领
第二节 电磁透镜的像差与分辨本领 球差的原理及其消除方法 像散的原理及其消除方法 色差的原理及其消除方法 影响电磁透镜分辨本领的因素
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-2 电磁透镜的像差与分辨本领
几何像差： 几何像差：透镜磁场几何形状上的缺陷造成 的像差。 （球差、像散、慧差、场曲和畸变） 色差： 色差：由于电子波长或者能量发生一定幅度 的改变而造成的像差。
0.61λ ∆r0 ≈ ， 空气n = 1, n sin a
一般取：
∆r0 = 0.61λ
1 ∆r0 ≈ λ 2
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
对于可见光，其波长范围为390－760nm 因此根据上式光学显微镜的分辨本领极限：200nm
§ 7-1 电子波与电磁透镜
为什么光学显微镜会有分辨极限？
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊
§ 7-1 电子波与电磁透镜
光学显微镜的成像原理
中国石油大学（北京）材料科学与工程系 戈 磊