知识点3-分辨率与电子光学系统
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光学系统的分辨本领
创新：突破衍射极限
❖ 普通显微镜 （200nm）
❖ 超分辨率荧光显微镜 （20nm）
❖ 光激活定位显微镜 （已做成产品投入市场）
创新：突破衍射极限
知识扩展
❖ 国际著名光学望 远镜的主镜尺寸 比较
知识扩展
❖ 我国大型望远镜工程状况： ➢ 射电望远镜、硬X射线望远镜已跻身国际主流行列； ➢ 但光学望远镜与国际相差很大！
课堂小结
0
1.22
D
望远镜
• 增大通光口径; • 减小波长。
0.61
NA
显微镜
相机
N A
1.22
• 增大相对口径; • 减小波长。
u n NA nsin u
• 增大数值孔径; • 减小波长。
作业布置与参考文献
查阅文献，调研大型天文望远镜相关研究背景，撰 写2000字以上调研报告。
❖ 用激光控制所有荧光点逐步亮，每亮一个得到一个衍射圆斑， 找到它的中心，然后把所有亮斑中心位置描到右边图里。
创新：突破衍射极限
❖ 超分辨率荧光显微技术典型：光激活定位显微镜 （photoactivated localization microscopy，PALM）
❖ 用激光控制所有荧光点逐步亮，每亮一个得到一个衍射圆斑， 找到它的中心，然后把所有亮斑中心位置描到右边图里。
孔径 光阑
0
r0
R
0
1.22
D
r0 0R
1.成像系统的分辨率
❖ 瑞利判据：当一象斑中心恰好落在另一象斑边缘,则此两物点 恰可被分辨。
瑞利
1.成像系统的分辨率
0
❖ 刚可分辨：
0
1.22
显微镜知识点梳理
引言概述：显微镜是一种用于观察微小物体的光学设备，它通过放大被观察物体的图像，使我们能够看到肉眼无法察觉到的微小细节。
在科学研究、医学诊断以及工业制造等领域中，显微镜都扮演着重要的角色。
本文将对显微镜的相关知识点进行梳理，包括显微镜的原理、分类、主要组成部分、应用以及日常维护等方面。
正文内容：一、显微镜的原理1. 光学放大原理：显微镜利用透镜或物镜将光线聚焦到焦点上，然后利用目镜放大焦点上的光线，从而实现对样品的放大观察。
2. 分辨率原理：分辨率是指显微镜能够分辨的最小距离。
它受到物镜数值孔径、波长以及眼睛的分辨能力等因素的影响。
3. 像差原理：显微镜在设计和制造过程中需要考虑多种像差，如球差、色差、像散等，以提高成像质量。
二、显微镜的分类1. 光学显微镜：光学显微镜是使用可见光进行观察的一种显微镜，分为单镜显微镜和复合显微镜两种类型。
2. 电子显微镜：电子显微镜利用电子束代替光线，以提高分辨率和放大倍数。
包括透射电子显微镜和扫描电子显微镜两种类型。
3. 荧光显微镜：荧光显微镜利用荧光染料标记样品，通过激发荧光的方式观察样品的细胞结构和功能。
4. 原子力显微镜：原子力显微镜利用微型探针来感知样品的表面，能够达到原子尺度的分辨率。
5. 红外显微镜：红外显微镜利用红外辐射来观察样品的分子结构和化学成分。
三、显微镜的主要组成部分1. 物镜：物镜是显微镜的一个重要组成部分，它负责在样品上产生放大的像。
2. 目镜：目镜位于显微镜的顶部，负责放大物镜产生的像，并将其投影到人眼中。
3. 照明系统：照明系统包括光源、聚光透镜和光阑等部分，用于照亮样品并提供足够的光线。
4. 操作系统：操作系统包括对焦调节、缩放调节等功能，以便用户能够观察到所需的细小结构。
5. 支撑结构：支撑结构包括显微镜的支架、台座和臂等部分，需要稳定支撑显微镜的各个组件。
四、显微镜的应用1. 生物学研究：显微镜在生物学研究中扮演着重要角色，可以观察细胞结构、细菌、微生物以及生物分子等。
光学分辨率
光学分辨率
描述光学成像系统解析物体细节的能力
目录
01 简介
03 每英寸像素
02 分辨率 04 每英寸点数
基本信息
光学分辨率是用来描述光学成像系统解析物体细节的能力。
最为世人所接受的分辨率准则是由英国瑞利爵士所提出的瑞利判别准则（Rayleigh criterion），当两个 等强度且不相干的光狭缝亮纹互相靠近而快要重叠时，两者的光强度叠加之后，中心处亮暗纹的光强度比最亮处 的光强度小一些，减小成为约 81%，恰好可以判断出来是来自于两个不同的光狭缝。
除了 DPI外，亦有建议使用DPCM（dotspercentimeter）。DPCM和 DPI都纳入了CSS3的方案内。
谢谢观看（英语：PixelsPerInch，缩写：PPI），又被称为像素密度，是一个表示打印图像或显示器单 位面积上像素数量的指数。一般用来计量计算机显示器，电视机和手持电子设备屏幕的精细程度。通常情况下， 每英寸像素值越高，屏幕能显示的图像也越精细。
有研究表明，人类肉眼能够分辨的最高像素点密度是300每英寸像素。超过300每英寸像素的屏幕被常常称 为Retina显示屏，这个概念最早由苹果公司于2010年推出iPhone 4手机的时候提出。但是，人眼能否分辨两个 像素与观察图像的距离和人的视力也有很大的关系。另外，根据显示亮度的不同，抑或是图像由不同的介质显示 （纸张或显示器），人眼的分辨能力也会改变。因此，“人眼像素的分辨上限为300PPI”有一定的广告宣传成 分。
每英寸点数
每英寸点数
DPI（英语：DotsPerInch，每英寸点数）是一个量度单位，用于点阵数位影像，意思是指每一英寸长度中， 取样或可显示或输出点的数目。如：打印机输出可达600DPI的分辨率，表示打印机可以在每一平方英寸的面积中 可以输出600X600=个输出点。
描述光学成像系统解析物体细节的能力
目录
01 简介
03 每英寸像素
02 分辨率 04 每英寸点数
基本信息
光学分辨率是用来描述光学成像系统解析物体细节的能力。
最为世人所接受的分辨率准则是由英国瑞利爵士所提出的瑞利判别准则（Rayleigh criterion），当两个 等强度且不相干的光狭缝亮纹互相靠近而快要重叠时，两者的光强度叠加之后，中心处亮暗纹的光强度比最亮处 的光强度小一些，减小成为约 81%，恰好可以判断出来是来自于两个不同的光狭缝。
除了 DPI外，亦有建议使用DPCM（dotspercentimeter）。DPCM和 DPI都纳入了CSS3的方案内。
谢谢观看（英语：PixelsPerInch，缩写：PPI），又被称为像素密度，是一个表示打印图像或显示器单 位面积上像素数量的指数。一般用来计量计算机显示器，电视机和手持电子设备屏幕的精细程度。通常情况下， 每英寸像素值越高，屏幕能显示的图像也越精细。
有研究表明，人类肉眼能够分辨的最高像素点密度是300每英寸像素。超过300每英寸像素的屏幕被常常称 为Retina显示屏，这个概念最早由苹果公司于2010年推出iPhone 4手机的时候提出。但是，人眼能否分辨两个 像素与观察图像的距离和人的视力也有很大的关系。另外，根据显示亮度的不同，抑或是图像由不同的介质显示 （纸张或显示器），人眼的分辨能力也会改变。因此，“人眼像素的分辨上限为300PPI”有一定的广告宣传成 分。
每英寸点数
每英寸点数
DPI（英语：DotsPerInch，每英寸点数）是一个量度单位，用于点阵数位影像，意思是指每一英寸长度中， 取样或可显示或输出点的数目。如：打印机输出可达600DPI的分辨率，表示打印机可以在每一平方英寸的面积中 可以输出600X600=个输出点。
《电子光学基础》课件
02
电子光学中的基本现象
电子的波动性
总结词
电子的波动性是指电子在空间传播时表现出的波动特征，与光的波动性类似。
详细描述
电子的波动性是电子的一种基本属性，类似于光波。电子在空间中传播时，其 波前、波长、频率等波动特性与光波相似。这一特性在电子光学中具有重要意 义，是理解电子在物质中传播行为的基础。
数据分析
通过统计、拟合、图像处理等方法，提取有用的信息和特征。
结果解释
结合理论模型和实验条件，解释实验结果，得出科学结论。
05
电子光学的发展趋势与展 望
新型电子光学器件的研发
01
总结词
02
详细描述
随着科技的不断发展，新型电子光学器件的研发成为电子光学领域的 重要趋势。
新型电子光学器件如量子点、二维材料等具有优异的光电性能，在光 电器件、太阳能电池、光电探测器等领域具有广泛应用前景。
应用领域
电子束曝光系统在微电子制造、纳米科技、光子学等领域有广泛应用 。
电子束能量分析器
电子束能量分析器概述
电子束能量分析器是一种用于测量电子束能量的设备。
工作原理
电子束能量分析器利用电子光学透镜将电子束聚焦到一个 能量分析器上，通过测量不同能量的电子束的强度分布， 可以计算出电子束的能量分布。
应用领域
通过观察和分析透射束的强度和相位信息，测量样品的形貌和
晶体结构。
扫描电子显微镜（SEM）法
02
通过观察和分析扫描束的强度信息，测量样品的表面形貌和元
素分布。
电子能量损失谱（EELS）法
03
通过测量电子在样品中损失的能量，分析样品的化学成分和能
级结构。
电子光学实验中的数据处理与分析
光学仪器分辨率的解释以及分析
光学仪器分辨率的解释以及分析光学仪器的分辨率是指它能够分辨出两个距离非常接近的对象时的能力。
在光学仪器中，分辨率是一个重要的性能指标，它直接影响测量结果的准确性和可靠性。
高分辨率的光学仪器能够提供更精确的测量结果，同时也能够显示更清晰的图像。
光学仪器的分辨率受到多个因素的影响，主要包括以下几个方面：1.光学系统的设计：光学仪器的分辨率与光学系统的设计密切相关。
光学系统包括透镜、物镜、镜头等组件，它们的质量和精确度会直接影响分辨率。
优质的透镜和物镜能够减少畸变和色差，提高分辨率。
2.光源的性质：光源的性质也会对分辨率产生影响。
例如，白光源可以提供更丰富的光谱信息，对颜色和细节的分辨能力更强。
而单色光源则能够提供更纯净、清晰的图像，对细微差别的分辨能力更高。
3.探测器的性能：光学仪器的分辨率还受到探测器的性能限制。
探测器的灵敏度、信噪比和动态范围等参数会影响仪器的分辨率和测量的准确性。
4.采样率：在数字图像处理中，采样率也是影响光学仪器分辨率的重要因素。
采样率是指在一定距离内观察到对象时，所采集的数据点的数量。
采用更高的采样率可以获得更多的数据点，提高图像质量和细节分辨率。
在分辨率的分析中，我们需要考虑仪器的理论分辨率和实际分辨率两个方面。
理论分辨率是指根据仪器的物理特性和公式计算得出的分辨率值。
例如，在显微镜中，理论分辨率可以由阿贝分辨极限公式计算得出。
理论分辨率是仪器的最佳分辨能力，但通常在实际使用中很难达到。
实际分辨率是指在实际使用中，仪器能够实际达到的分辨能力。
它受到多个因素的影响，包括光学元件的质量、光源的性质、探测器的性能等。
实际分辨率往往要低于理论分辨率，但可以通过优化仪器的参数和使用适当的技术手段来提高。
为了提高光学仪器的分辨率，可以采取以下几种方法：1.使用更好的光学材料和加工工艺，以提高光学元件的质量和精确度。
2.优化光学系统的设计，减少畸变和色差，提高分辨率。
3.使用高质量的光源，如白光源或单色光源，以提供更高质量的图像和更强的分辨能力。
知识点3-分辨率与电子光学系统
流强度而稳定束流。
当阴极采用六硼化镧（LaB6）单晶时，功函数远低于钨，电子发射率远高于钨，其尖端（见图613b）可以加工到（φ10µm～φ20µm），因而能在相同束流时可获得比钨丝更细更亮的电子束斑 光源，直径约5～10µm，可进一步提高仪器的分辨率。但LaB6的工作温度相对较低，对真空度的 要求高，且加工困难，制备成本高。
三、电镜的电子光学系统
透射电镜主要由电子光学系统、电源控制系统和真空系统三大部分组成。 电子光学系统为电镜的核心部分，包括照明、成像和观察记录三大系统组成。 1. 照明系统 主要由电子枪和聚光镜组成。 1）电子枪－电子枪就是产生稳定的电子束流的装置，电子枪发射电子形成照明 光源，根据产生电子束的原理的不同，可分为热发射型和场发射型两种。
当Mi>1时，中间镜起放大作用； 当Mi<1时，则起缩小作用。 （2）进行成像操作和衍射操作。 通过调节中间镜的励磁电流，改变中间镜的焦距，使中间镜的物平面与物镜的像平面重合，在 荧光屏上可获得清晰放大的像，即成像操作。 如果中间镜的物平面与物镜的后焦面重合，则可在荧光屏上获得电子衍射花样，即衍射操作， 3）投影镜 投影镜是成像系统中最后一个电磁透镜，强励磁短焦距，其作用是将中间镜形成的像进一步 放大，并投影到荧光屏上。 投影镜景深大，即使中间镜的像发生移动，也不会影响在荧光屏上得到清晰的图像。
（a）Airy斑
（b）两个Airy斑靠近到刚好能分辨的临界距离时强度的叠加
图5-1 两个理想物点成像时形成的Airy斑
一、光学显微镜的分辨率
对于光学显微镜，nsinα=1.2左右，n=1.5, α=70°~75° r0=1/2λ
分辨率主要决定于照明光源的波长，半波长是分辨率的理论极限. 可见光波长为390～770nm，其极限分辨率为200nm（0.2µm）左右。 人眼分辨率约为0.2mm，光学显微镜分辨率为0.2µm，因此光学显微镜的有效放大倍数约为 1000倍。 注意：光学显微镜的放大倍数可以做得更高，但高出的部分只是改善舒适度，对分辨率没有 贡献。通常为1000～1500倍。 降低光源波长，可提高显微镜的分辨率。 比可见光波长短的还有紫外线、X射线和γ射线，由于紫外线易被多数物质强烈吸收，而X、γ 射线无法折射和聚焦，它们均不能成为显微镜的照明光源。
当阴极采用六硼化镧（LaB6）单晶时，功函数远低于钨，电子发射率远高于钨，其尖端（见图613b）可以加工到（φ10µm～φ20µm），因而能在相同束流时可获得比钨丝更细更亮的电子束斑 光源，直径约5～10µm，可进一步提高仪器的分辨率。但LaB6的工作温度相对较低，对真空度的 要求高，且加工困难，制备成本高。
三、电镜的电子光学系统
透射电镜主要由电子光学系统、电源控制系统和真空系统三大部分组成。 电子光学系统为电镜的核心部分，包括照明、成像和观察记录三大系统组成。 1. 照明系统 主要由电子枪和聚光镜组成。 1）电子枪－电子枪就是产生稳定的电子束流的装置，电子枪发射电子形成照明 光源，根据产生电子束的原理的不同，可分为热发射型和场发射型两种。
当Mi>1时，中间镜起放大作用； 当Mi<1时，则起缩小作用。 （2）进行成像操作和衍射操作。 通过调节中间镜的励磁电流，改变中间镜的焦距，使中间镜的物平面与物镜的像平面重合，在 荧光屏上可获得清晰放大的像，即成像操作。 如果中间镜的物平面与物镜的后焦面重合，则可在荧光屏上获得电子衍射花样，即衍射操作， 3）投影镜 投影镜是成像系统中最后一个电磁透镜，强励磁短焦距，其作用是将中间镜形成的像进一步 放大，并投影到荧光屏上。 投影镜景深大，即使中间镜的像发生移动，也不会影响在荧光屏上得到清晰的图像。
（a）Airy斑
（b）两个Airy斑靠近到刚好能分辨的临界距离时强度的叠加
图5-1 两个理想物点成像时形成的Airy斑
一、光学显微镜的分辨率
对于光学显微镜，nsinα=1.2左右，n=1.5, α=70°~75° r0=1/2λ
分辨率主要决定于照明光源的波长，半波长是分辨率的理论极限. 可见光波长为390～770nm，其极限分辨率为200nm（0.2µm）左右。 人眼分辨率约为0.2mm，光学显微镜分辨率为0.2µm，因此光学显微镜的有效放大倍数约为 1000倍。 注意：光学显微镜的放大倍数可以做得更高，但高出的部分只是改善舒适度，对分辨率没有 贡献。通常为1000～1500倍。 降低光源波长，可提高显微镜的分辨率。 比可见光波长短的还有紫外线、X射线和γ射线，由于紫外线易被多数物质强烈吸收，而X、γ 射线无法折射和聚焦，它们均不能成为显微镜的照明光源。
分辨率简介课件
日期:
分辨率简介课件
汇报人：
目录
• 分辨率概述 • 屏幕分辨率 • 图像分辨率 • 视频分辨率 • 高分辨率图像处理技术
01
分辨率概述
定义与含义
分辨率定义
分辨率是指图像中可区分的最小细节程度，或者说是指图像的清晰度，它反映 了图像的细节和清晰程度。
分辨率含义
分辨率通常用“点”或“像素”来衡量，例如1024x768分辨率的图像意味着水 平方向上有1024个点，垂直方向上有768个点。
分辨率通常以像素为单位，像素是构 成图像的基本单元，每个像素负责记 录图像的某一部分信息。
图像分辨率的测量
图像分辨率通常以水平方向和垂直方向的像素数量来衡量。
例如，分辨率为1920x1080的图像意味着水平方向有1920个 像素，垂直方向有1080个像素。
图像分辨率与文件大小
图像分辨率与文件大小密切相 关，通常来说，分辨率越高， 文件大小越大。
屏幕分辨率越高，图像的清晰度就越高。
当屏幕分辨率与图像分辨率不匹配时，图像可能会出现模糊、失真或拉伸的情况。
在选择显示设备时，应根据使用需求选择具有适当屏幕分辨率的设备，以确保获得 最佳的图像质量。
03
图像分辨率
图像分辨率的概念
图像分辨率是用于描述图像的细致程 度，表示图像中包含的细节和信息量 。
成像质量影响因素
成像质量受到多种因素的 影响，如光学系统的性能 、传感器噪声、光照条件 等。
超分辨率技术
超分辨率技术是一种通过 算法增强图像分辨率的方 法，可以在一定程度上突 破光学系统的限制。
高分辨率图像的处理技术
图像增强 目标检测与识别
图像分割 三维重建
图像增强是通过调整图像的对比度、亮度、色彩等属性，提高 图像质量的过程。
分辨率简介课件
汇报人：
目录
• 分辨率概述 • 屏幕分辨率 • 图像分辨率 • 视频分辨率 • 高分辨率图像处理技术
01
分辨率概述
定义与含义
分辨率定义
分辨率是指图像中可区分的最小细节程度，或者说是指图像的清晰度，它反映 了图像的细节和清晰程度。
分辨率含义
分辨率通常用“点”或“像素”来衡量，例如1024x768分辨率的图像意味着水 平方向上有1024个点，垂直方向上有768个点。
分辨率通常以像素为单位，像素是构 成图像的基本单元，每个像素负责记 录图像的某一部分信息。
图像分辨率的测量
图像分辨率通常以水平方向和垂直方向的像素数量来衡量。
例如，分辨率为1920x1080的图像意味着水平方向有1920个 像素，垂直方向有1080个像素。
图像分辨率与文件大小
图像分辨率与文件大小密切相 关，通常来说，分辨率越高， 文件大小越大。
屏幕分辨率越高，图像的清晰度就越高。
当屏幕分辨率与图像分辨率不匹配时，图像可能会出现模糊、失真或拉伸的情况。
在选择显示设备时，应根据使用需求选择具有适当屏幕分辨率的设备，以确保获得 最佳的图像质量。
03
图像分辨率
图像分辨率的概念
图像分辨率是用于描述图像的细致程 度，表示图像中包含的细节和信息量 。
成像质量影响因素
成像质量受到多种因素的 影响，如光学系统的性能 、传感器噪声、光照条件 等。
超分辨率技术
超分辨率技术是一种通过 算法增强图像分辨率的方 法，可以在一定程度上突 破光学系统的限制。
高分辨率图像的处理技术
图像增强 目标检测与识别
图像分割 三维重建
图像增强是通过调整图像的对比度、亮度、色彩等属性，提高 图像质量的过程。
电子光学基础
显然，F的方向垂直于矢量v和B所决定 的平面，力的方向可由左手法则确定。
26
（1）v∥B，则F=0，电子不受磁场力作用，其运动速度 的大小及方向不变； （2）若v⊥B，即只改变运动方向，不改变运动速度， 从而使电子在垂直于磁力线方向的平面上做匀速圆周运 动。 （3）若v与B既不垂直也不平行，而成一定夹角，则其 运动轨迹为螺旋线。
h－普朗克常数；m－电子的质量；V－电子的速度。
电子的速度v和加速电压U之间: eU ＝1/2 mv2 e－电子所带的电荷。 即 v ＝（2eU/m）1/2
17
由此得 ＝ h/(2emU)1/2 代入h=6.62×10-34J.S, m=9.11×10-31kg， e=1.60×10-19c ＝12.25/U1/2 U的单位用伏特，的单位为Å。
7
1938年，Ruska和其同事在德国西门子公司 研制分辨率为100Å的透射电子显微镜， 1939年作为商品提供给用户。 50年代，英、法、荷、日、美、苏等国透 射电子显微镜已批量生产。 50年代中期，英国剑桥大学凯文第什实验 室的Hirsch和Howie等人为代表，建立了一 套直接观察薄晶体的缺陷和结构的实验技 术及电子衍射衬度理论。由此，晶体缺陷 理论得到了证实。
4
不管如何完善光学显微镜的透镜和结构， 其放大倍数和分辨率总是被限定在1000 多倍和几百纳米的水平，不可能再有新 的突破。 可见光的波长在390纳米到760纳米之 间，所以光学显微镜的理论极限分辨本 领也就在200纳米左右 。
5
§1.2电子显微镜的诞生过程
1924年，法国学者德布罗意（De.Brgliel）
§1.1 电子显微镜概述
电子显微镜是以电子束为照明源，通过电子 流对样品的透射或反射及电磁透镜的多级放大后 在荧光屏上成像的大型仪器。
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三、电镜的电子光学系统
（2）场发射电子枪
1
2 3
6 7
1-阴极 2-第一阳极 3-第二阳极4-第二管压 5-第一管压 6-电子束斑 7-电子束
场发射分为：冷场和热场两种。
一般电镜多采用冷场。
场发射电子枪也有三个极：
1）阴极
4 5
2）第一阳极
3）第二阳极
阴极由定向生长的钨单晶制成，其尖端的曲率半径为
（1）热发射电子枪
图6-12电子枪原理图
1-阴极2-等位面 3-偏置电阻 4-栅极 5-外部电压 6-电子枪会聚点 7-阳极 8-电子束
三、电镜的电子光学系统
（a）热发射阴极W丝
（b）LaB6单晶体 6-13 电子枪阴极形状
（c）场发射阴极（W单晶体）图
三、电镜的电子光学系统
栅极与偏置电阻联合主要起到以下作用： （1）改变了阴极和阳极之间的等位场，从而使阴极发射的电子沿栅极区的等位场的法线方向产 生汇聚作用，形成电子束截面，即电子枪交叉斑，也称透镜的第一交叉斑，束斑直径约为50µm 左右。由于电子束斑比阴极发射截面还小，单位面积的电子密度高，照明电子束好像是从该处发 出的，因此也称其为有效光源或虚光源； （2）稳定和控制束流，因为栅极电位比阴极更低，对阴极发射的电子产生排斥作用，可以控制 阴极发射电子的有效区域。当束流量增大时，偏置电压增加，栅极电位更低，对阴极发射的电子 的排斥作用增强，使阴极发射有效区域减小，束流减弱，反之，则可增加阴极发射面积，提高束
流强度而稳定束流。
当阴极采用六硼化镧（LaB6）单晶时，功函数远低于钨，电子发射率远高于钨，其尖端（见图613b）可以加工到（φ10µm～φ20µm），因而能在相同束流时可获得比钨丝更细更亮的电子束斑 光源，直径约5～10µm，可进一步提高仪器的分辨率。但LaB6的工作温度相对较低，对真空度的 要求高，且加工困难，制备成本高。
三、电镜的电子光学系统
透射电镜主要由电子光学系统、电源控制系统和真空系统三大部分组成。 电子光学系统为电镜的核心部分，包括照明、成像和观察记录三大系统组成。 1. 照明系统 主要由电子枪和聚光镜组成。 1）电子枪－电子枪就是产生稳定的电子束流的装置，电子枪发射电子形成照明 光源，根据产生电子束的原理的不同，可分为热发射型和场发射型两种。
0.1～0.5µm（发射截面）。阴极与第一阳极的电压为
3～5kV，在阴极尖端产生高达107～108V/cm的强电
场，使阴极发射电子。阴极与第二阳极的电压为数十
晶体材料
铜酞青 铂酞青 亚氯铂酸钾 金 钯
衍射晶面
（001） （001） （001） （100） （200） （220） （111） （200） （400）
晶面间距/nm
1.260 1.194 0.413 0.699 0.204 0.144 0.224 0.194 0.097
二 、电镜分辨率
需要注意以下几点： 1）晶格分辨率本质上不同于点分辨率。点分辨率是由单电子束成像，与实际分辨能力的定义 一致。晶格分辨率是双电子束的相位差所形成干涉条纹，反映的是晶面间距的比例放大像。 2）晶格分辨率的测定采用标准试样，其晶面间距均为已知值，选用晶面间距不同的标准样分 别进行测试，直至某一标准样的条纹像清晰为止，此时标准样的最小晶面间距即为晶格分辨率。 因此，晶格分辨率的测定较为繁琐，而点分辨率只需一个样品测定一次即可。 3）同一电镜的晶格分率高于点分辨率。 4）晶格分辨率的标准样制备比较复杂。 5）晶格分辨率测定时无需已知电镜的放大倍数。
二 、电镜分辨率
2） 晶格分辨率 晶格分辨率是让电子束作用标准样品后形成的透射束和衍射束同时进入透镜的成像系统， 因两电子束存在相位差，造成干涉，在像平面上形成反映晶面间距大小和晶面方向的干涉 条纹像，在保证条纹清晰的前提条件下，最小晶面间距即为电镜的晶格分辨率，图像上的 实测面间距与理论面间距的比值即为电镜的放大倍数。常用标准样如表6-1所示。
ห้องสมุดไป่ตู้
λ-波长；α-孔径半角； n-折射率；M-放大倍率
（a）Airy斑
（b）两个Airy斑靠近到刚好能分辨的临界距离时强度的叠加
图5-1 两个理想物点成像时形成的Airy斑
一、光学显微镜的分辨率
对于光学显微镜，nsinα=1.2左右，n=1.5, α=70°~75° r0=1/2λ
分辨率主要决定于照明光源的波长，半波长是分辨率的理论极限. 可见光波长为390～770nm，其极限分辨率为200nm（0.2µm）左右。 人眼分辨率约为0.2mm，光学显微镜分辨率为0.2µm，因此光学显微镜的有效放大倍数约为 1000倍。 注意：光学显微镜的放大倍数可以做得更高，但高出的部分只是改善舒适度，对分辨率没有 贡献。通常为1000～1500倍。 降低光源波长，可提高显微镜的分辨率。 比可见光波长短的还有紫外线、X射线和γ射线，由于紫外线易被多数物质强烈吸收，而X、γ 射线无法折射和聚焦，它们均不能成为显微镜的照明光源。
材料研究方法
分辨率与电子光学系统
南京理工大学材料学院·朱和国
课程内容
一
光学显微镜的分辨率
二
电镜分辨率
三
电镜的电子光学系统
一、光学显微镜的分辨率
光学显微镜的分辨率是指成像物体上能分辨出来的两个物点间的最小距离。
第一暗环半径：
R0
=
0.61λ n sinα
M
分辨率：
r= R=0 0.61λ
0 M n sinα
二 、电镜分辨率
光学显微镜的分辨率－衍射效应决定 电镜的分辨率－衍射效应＋透镜像差 电镜分辨率为衍射分辨率r0和像差分辨率（球差rs、像散rA和色差rc）中的 最大值。（数值愈大，其分辨率愈低） 电镜分辨率分为: 1）点分辨率 2）晶格分辨率
二 、电镜分辨率
1）点分辨率
点分辨率是指电镜刚能分辨出两个独立颗粒间的间隙。 点分辨率的测定方法如下： （1）制样。采用重金属（金、铂、铱等）在真空中加热使之蒸发，沉积在极薄的碳膜上，粒 径在0.5～1.0nm之间，颗粒在膜上分布均匀，不重叠，颗粒间隙在0.2～1nm之间。 （2）拍片。放大倍数为M的电子显微镜中拍照。 （3）测量间隙，计算点分辨率。用放大倍数为5～10倍的光学放大镜观察照片，寻找并测量 刚能分清时的最小间隙，该间隙值除以总放大倍数，即点分辨率。