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掃描電鏡像差科普|是什么在悄悄影響電鏡成像

 更新時間:2025-01-03 點擊量:931

我們在使用普通光學透鏡時,把光作為介質(zhì)進行成像,通過玻璃透鏡的折射偏轉(zhuǎn)把光匯聚成“一點"來聚焦成像。掃描電鏡使用的介質(zhì)不是光,而是電子。雖然介質(zhì)不同,但是與光學玻璃透鏡一樣,掃描電鏡也普遍存在像差問題,而這些各種各樣的像差,正在背后悄悄地影響著電鏡成像。

下面我們來了解一下各種像差產(chǎn)生的原因,以及如何減少像差對成像的影響。

 

  • 球 差

 

由于透鏡邊緣部位和中間部位的折射偏轉(zhuǎn)能力不同,導致各條射線不會匯聚到同一個點上,從而在高斯平面上得不到清晰的像點,而是一個模糊的彌散圓斑,這種現(xiàn)象稱為球差。如下圖所示:

 

 

理論證明,電磁透鏡的球差是不能消除的。有一些透射電鏡中使用了球差矯正器用于提高分辨率,而掃描電鏡上現(xiàn)在還沒有添加球差矯正器。但是掃描電鏡會通過減小孔徑角等其他措施來減小球差。

 

  • 彗 差

 

由于物點在透鏡中心軸的軸外,使得電子束與軸線傾斜成一定角度,破壞透鏡的對稱性,從而產(chǎn)生另一種像差—彗差。彗差嚴重時,成像面(高斯面)上不會得到清晰的點,而是會形成像彗星一樣沿某一方向延伸的模糊圖像。如下圖所示:

 

 

在電鏡中,由于物點不會偏移很大,所以只要保證機械軸和光軸的合軸度較好,系統(tǒng)產(chǎn)生的彗差一般對成像的影響很小。

 

  • 像 散

 

當焦距處在過焦或者欠焦狀態(tài)時,聚焦的束斑會呈現(xiàn) 90° 交錯的橢圓形狀,雖然在正焦位置束斑形狀不是橢圓,但是會由于束斑過大而成像模糊,這種像差現(xiàn)象稱為—像散。如下圖(a)所示。

 

 

飛納電鏡中配備了消像散器,通過調(diào)節(jié) 8 個小線圈中的電流大小來產(chǎn)生附加磁場,用于矯正不對稱的橢圓形束斑,使得最終到達試樣表面的束斑稱為一個旋轉(zhuǎn)對稱、邊界清晰的理想圓斑。

 

  • 色 差

 

當設備電源電壓略有不穩(wěn)時,會使加速電壓產(chǎn)生波動,從而影響發(fā)射電子的能量。電子的能量差異會導致電子束波長不一致,所以不同能量的電子會沿著不同的軌跡聚焦,最終聚焦在不同的焦點上,出現(xiàn)成像模糊。這種像差現(xiàn)象稱為—色差。如圖所示。

 

 

產(chǎn)生色差的主要原因為供電電壓不穩(wěn)、電子發(fā)射位置不一致(燈絲原因)等。為了減小圖像色差,電源配備穩(wěn)壓器或者不間斷電源(UPS)還是有必要的。

 

以上就是常見的幾種像差,有一些無法消除,只能通過硬件改善,有一些是可以通過操作消除掉的。對于無法消除的,飛納電鏡已經(jīng)在硬件方便做到了高精度的裝配,保證機械軸和光軸的合軸等等。對于可以消除,比如像散,飛納電鏡也配備了消除像散的操作頁面,使操作人員更方便地消除像散,改善成像。



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