【正文】 單說，電磁透鏡實質(zhì)是一個通電的短線圈，它能造成一種軸對稱的分布磁場。實際上的電磁透鏡要求磁場集中，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上必須考慮。 ? 1) 帶有軟磁鐵殼的磁透鏡 ? 如圖所示，導(dǎo)線外圍的磁力線都在鐵殼中通過，由于在鐵殼內(nèi)側(cè)開一環(huán)狀狹縫，從而可以減小磁場的廣延度，使大量磁力線集中在狹縫附近的狹小區(qū)域，增強(qiáng)磁場強(qiáng)度。其磁場的等磁位面的形狀類似于光學(xué)透鏡的形狀 2) 帶有極靴的磁透鏡 為了進(jìn)一步縮小磁場的軸向?qū)挾?，在環(huán)狀間隙兩邊加上一對頂端呈圓錐狀的極靴，其目的就是將電磁線圈的磁場在軸向的廣延度降低，可達(dá)到 3mm范圍。其結(jié)構(gòu)如圖所示 3．電磁透鏡的光學(xué)性質(zhì) 1）電磁透鏡物距、像距和焦距三者間的關(guān)系與光學(xué)玻璃透鏡相似，滿足 u 物距； v 像距； f 焦距 放大倍數(shù) M 2）電磁透鏡的焦距可用下式近似計算 R—透鏡半徑； A—與透鏡結(jié)構(gòu)有關(guān)的比例常數(shù)； V0—電子加速電壓 ， 我們知道焦距愈小，放大倍數(shù)愈大，要降低焦距，在加速電壓一定的情況下，可增加線圈匝數(shù)和電流來降低磁透鏡焦距，從而增加放大倍數(shù)。 在超高電壓中，通常通過提高線圈匝數(shù)來維持一定的放大倍數(shù)，因此超高電壓電鏡的鏡筒通常較粗。 3）電磁透鏡具有磁轉(zhuǎn)角 因為電子束在電子透鏡磁場中的運動是圓錐螺旋近軸運動。 電磁透鏡的分辨率 已知光學(xué)衍射確定的分辯率為 (n=, α =7075176。 ) 但實際電鏡的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到上述指標(biāo)，為什么呢？ 這是因為電磁透鏡存在著像差 這是因為電磁透鏡存在著像差： 下面分別討論球差、像散和色差的產(chǎn)生的原因。 球差 球差即球面像差，是磁透鏡中心區(qū)和邊沿區(qū)對電子的折射能力不同引起的，其中離開透鏡主軸較遠(yuǎn)的電子比主軸附近的電子折射程度過大。 如圖所示，物點 P通過透鏡成像時，電子就不會聚焦在同一焦點上，而是形成一個散焦斑 ，即像平面在遠(yuǎn)軸電子的焦點和近軸電子的焦點之間移動，就可以得到一個最小的散焦園斑。 若設(shè)最小散焦斑的半徑為 RS，透鏡的放大倍數(shù)為 M，其折算到物平面上，其大小為 顯然，物平面上兩點的距離 2Drs時，則該透鏡不能分辨，即在像平面上得到一個點，因此， Drs表示球差的大小。 CS—球差系數(shù)，通常相當(dāng)于焦距， 13mm. a電磁透鏡的孔徑半角。 上式可以看出，減小球差可以通過減小 CS 和 a來實現(xiàn)，用小孔徑成像時，可使球差明顯減小。 像散 像散是由于電磁透鏡的周向磁場非旋轉(zhuǎn)對稱引起。 原 因： 透鏡磁場的這種非旋轉(zhuǎn)性對稱使它在不同方向上的聚焦能力出現(xiàn)差別，物點 P通過透鏡后不能在像平面上聚焦成一點，而是形成一散焦斑，如圖所示。 與球差的處理情況相似，若設(shè)最小散焦斑的半徑為 RA，透鏡的放大倍數(shù)為 M，其折算到物平面上，其大小為 Δ ?A——像散焦距差 透鏡制造精度差和極靴、光闌的污染都能導(dǎo)致像散。 可以通過引入一強(qiáng)度和方位都可以調(diào)節(jié)的矯正磁場來進(jìn)行補(bǔ)償。在電鏡中，這個產(chǎn)生矯正磁場的裝置是 消像散器 。 色差 色差是由入射電子的波長或能量的非單一性造成的。 若入射電子的能量出現(xiàn)一定的差別，能量大的電子在距透鏡光心比較遠(yuǎn)的地方聚焦，而能量低的電子在距光心近的地方聚焦，由此產(chǎn)生焦距差。像平面在遠(yuǎn)焦點和近焦點間移動時存在一最小散焦斑 RC。如圖所示。 把散焦斑的半徑折算到原物面的半徑 Δ rC有 CC—色差系數(shù)； ?E/E電子束能量變化率，取決于加速電壓的穩(wěn)定性和電子穿過樣品時發(fā)生非彈性散射的程度 穩(wěn)定加速電壓和透鏡電流可減小色差。 色差系數(shù)和球差系數(shù)均隨透鏡激磁電流的增大而減 電磁透鏡的分辨率 電磁透鏡的分辨率主要由衍射效應(yīng)和像差來決定。 （ 1） 已知衍射效應(yīng)對分辨率的影響 （ 1） ∵ α 很小通常 102～ 103rad 有 2）像差對分辨的影響 球差： 像散： 用消像散器 色差： 穩(wěn)定電源 因此，像差決定的分辨率主要是由球差決定的。 顯然，存在一個最佳孔徑半角 令 即 代入（ 1）得電磁透鏡的分辨率為 .3 電磁透鏡的景深和焦長 景深 任何樣品都有一定厚度。 理論上，當(dāng)透鏡焦距、像距一定時，只有一層樣品平面與透鏡的理想物平面相重合，能在像平面上獲得該層平面的理想圖像。偏離理想物平面的物點都存在一定程度的失焦，從而在像平面上產(chǎn)生一個具有一定尺寸的 失焦園斑 。 如果失焦園斑尺寸不超過由 衍射效應(yīng)和像差 引起的散焦斑，那么對透鏡分辨率不會產(chǎn)生影響。 定義景深是，當(dāng)像平面固定時 (像距不變 ),能維持物像清晰的范圍內(nèi) ,允許物平面 (樣品 )沿透鏡主軸移動的最大距離 Df。 它與電磁透鏡分辨率 Dr0、孔徑半角 a之間的關(guān)系 取 Δ r0=1 nm, a=102～ 103rad 則 Df = 200～ 200nm 試樣（薄膜）一般厚 200～ 300nm，上述景深范圍可保證樣品整個厚度范圍內(nèi)各個結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)都清晰可見。 焦長 當(dāng)透鏡的焦距、物距一定時，像平面在一定的軸向距離內(nèi)移動，也會引起失焦，產(chǎn)生失焦園斑。若失焦園斑尺寸不超過透鏡衍射和像差引起的散焦斑大小，則對透鏡的分辨率沒有影響。 定義：固定樣品的條件下（物距不變），象平面沿透鏡主軸移動時仍能保持物像清晰的距離范圍，用 DL表示，見圖。 透鏡焦長 DL與分辨率 Dr0 、像點所張的孔徑半角 b之間的關(guān)系 若分辨率 Δ r0， 則 ∵ ∴ 取 Δ r0=1 nm, α =102rad 若 M=200， DL=8 mm 若 M=20220， DL=80 cm 電磁透鏡的這一特點給電子顯微鏡圖象的照相記錄帶來了極大的方便，只要在熒光屏上圖象聚焦清晰，在熒光屏上或下十幾厘米放置照相底片，所拍得的圖象也是清晰的。 習(xí) 題 ?與可見光有何異同 ? ，說明電磁透鏡的結(jié)構(gòu)對聚焦能力的影響。 ?如何來消除和減少像差 ? ?如何提高電磁透鏡的分辨率？ ?說明電磁透鏡的景深大、焦長長，是什么因素影響的結(jié)果？假設(shè)電磁透鏡沒有像差，也沒有衍射埃利斑，即分辨率極高，此時它的景深和焦長如何 ?