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像差科普|是什么在悄悄影响电镜成像

 发布时间:2020-05-26 点击量:1867

我们在使用普通光学透镜时,把光作为介质进行成像,通过玻璃透镜的折射偏转把光汇聚成“一点”来聚焦成像。扫描电镜使用的介质不是光,而是电子。虽然介质不同,但是与光学玻璃透镜一样,电镜也普遍存在像差问题,而这些各种各样的像差,正在背后悄悄地影响着电镜成像。

 

下面我们来了解一下各种像差产生的原因,以及如何减少像差对成像的影响。

 

球差

 

由于透镜边缘部位和中间部位的折射偏转能力不同,导致各条射线不会汇聚到同一个点上,从而在高斯平面上得不到清晰的像点,而是一个模糊的弥散圆斑,这种现象称为球差。如下图所示:

 

 

理论证明,电磁透镜的球差是不能消除的。有一些透射电镜中使用了球差矫正器用于提高分辨率,而扫描电镜上现在还没有添加球差矫正器。但是扫描电镜会通过减小孔径角等其他措施来减小球差。

 

彗差

 

由于物点在透镜中心轴的轴外,使得电子束与轴线倾斜成一定角度,破坏透镜的对称性,从而产生另一种像差—彗差。彗差严重时,成像面(高斯面)上不会得到清晰的点,而是会形成像彗星一样沿某一方向延伸的模糊图像。如下图所示:

 

 

在电镜中,由于物点不会偏移很大,所以只要保证机械轴和光轴的合轴度较好,系统产生的彗差一般对成像的影响很小。

 

像散

 

当焦距处在过焦或者欠焦状态时,聚焦的束斑会呈现 90° 交错的椭圆形状,虽然在正焦位置束斑形状不是椭圆,但是会由于束斑过大而成像模糊,这种像差现象称为—像散。如下图(a)所示。

 

 

飞纳电镜中配备了消像散器,通过调节 8 个小线圈中的电流大小来产生附加磁场,用于矫正不对称的椭圆形束斑,使得终到达试样表面的束斑称为一个旋转对称、边界清晰的理想圆斑。

 

色差

 

当设备电源电压略有不稳时,会使加速电压产生波动,从而影响发射电子的能量。电子的能量差异会导致电子束波长不一致,所以不同能量的电子会沿着不同的轨迹聚焦,终聚焦在不同的焦点上,出现成像模糊。这种像差现象称为—色差。如图所示。

 

 

产生色差的主要原因为供电电压不稳、电子发射位置不一致(灯丝原因)等。为了减小图像色差,电源配备稳压器或者不间断电源(UPS)还是有必要的。

 

以上就是常见的几种像差,有一些无法消除,只能通过硬件改善,有一些是可以通过操作消除掉的。对于无法消除的,飞纳电镜已经在硬件方便做到了*,比如高精度的装配,保证机械轴和光轴的合轴等等。对于可以消除,比如像散,飞纳电镜也配备了消除像散的操作页面,使操作人员更方便地消除像散,改善成像。

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