Файл: Хокс П. Электронная оптика и электронная микроскопия.pdf

Фиг. 2.17 и 2.18 иллюстрируют свойства кардинальных элементов объективных линз. Здесь интересным является то, что для 8 > & 2 > 3 линза имеет два фокуса, или,

Дифракционная картина обычно формируется в плоскости z = а объект располагается вблизи zF0 (zF0 = —zFi).

точнее, существуют две точки расположения объекта, при которых изображение может быть получено в заданной плоскости (фиг. 2.20).

Вернемся теперь к конструкциям реальных магнитных электронных линз. Все электронные линзы соответствуют общей схеме, приведенной на фиг. 2.21, а, но отличаются размером немагнитного зазора (S ), диаметром внутреннего канала (D ) (если обе половины линзы имеют одинаковые каналы) или диаметрами (Z)j и D 2) , если указанные кана-

лм различим (фиг. 2.21, б); кроме того, одни конец капала может выходить в поле, напряженность которого пони­ жается до малых значений. Возможны также конструкции, в которых магнитный зазор имеет коническое расширение (фиг. 2.21, в). Основной магнитопровод линзы выполняется

Ф и г . 2.18. Колоколообразное ноле Глазера. Фокусное расстояние объективной линзы / как функция к2.

из высококачественной стали, а полюсные наконечники из материала со сверхвысокой магнитной проницаемостью (во избежание магнитного насыщения).

Объективные линзы обычно снабжены механизмом для ввода объекта. Объект может быть введен либо между башмаками полюсного наконечника (ввод сбоку), либо через канал линзы (ввод сверху). Какой способ является

B(z)/B0

Ф и г . 2.19. Форма траекторий, идущих параллельно оси в колоко­ лообразном поле Глазера для различных значений со (w2 = 1 + /с2); для ш = 2 и 3 траектории выходят из линзы параллельно оси (а) [36]. Линза типа конденсор-объектив, работающая при к 2 = 3;

схема показывает типичные траектории для встречающегося на прак­ тике случая, когда плоскость изображения, сопряженная с плоско­ стью объекта, находится на конечном расстоянии ( б) [74].

1 — поле конденсора; 2 — поле объектива; 3 — апертурная диафрагма кон­

денсора; 4 — объект; 5 — апертурная диафрагма объектива; 6 — проме­ жуточное изображение.

более удобным, зависит от назначения микроскопа. Прибор высокого разрешения, который в основном предназначен для исследования биологических объектов, может быть снабжен боковым вводом. Это дает преимущества с точки зрения разрешения, поскольку объект находится в центре линзы, но затрудняет контроль освещения объекта. Микроскопы, используемые в металловедении для иссле-

дования магнитных объектов или объектов, подвергаемых в процессе исследования нагреву, охлаждению, деформа­ ции и т. п., должны быть снабжены объектодержателями, удаленными от центральной области объективной линзы.

Объективные линзы обычно содержат еще две важные части: апертурную диафрагму и стигматор. Выше уже упомин лось, что электронный пучок, падающий на объект, проходит через него почти полностью. Большая часть электронов не теряет энергии, и, следовательно, электроны выходят из объекта, сохранив свою первоначальную ско­ рость. Другая, меньшая часть электронов испытывает «неупругие соударения» с атомами объекта. (При упругом

соударении сталкивающиеся частицы не изменяют энер­ гии: при неупругом соударении энергия передается от

одной частицы к другой, и, следовательно, скорости электронов меняются. Подробнее эти вопросы рассматри­ ваются в разд. 3.1.3.) Соударения электронов с атомами объекта вызывают изменения направления движения электронов, и при изучении достаточно грубых структур контраст изображения достигается путем удаления из

Стигматор представляет собой устройство, предназна­ ченное для компенсации влияния одного из главных дефек­ тов электронных линз — приосевого астигматизма. В идеальном случае электронная линза должна иметь совершенную вращательную симметрию относительно оп­ тической оси. Для этого поперечное сечение канала должно быть точным кругом, а магнитный материал, из которого изготовлена линза, должен быть в высшей степени одно­ родным. Однако, несмотря на тщательность обработки, некоторая эллиптичность канала практически неизбежна.

Область линзы

Линейные

фокусы

Ф и г. 2.22. Влияние астигматизма. Лучи, исходящие из точки, лежа­ щей на оси, снова соединяются не в точку, а в две взаимно перпен­ дикулярные линии.

Точно так же не удается полностью устранить неоднород­ ности в магнитном материале, и указанные несовершенства обусловливают появление астигматизма. Его послед­

ствия можно легко понять путем анализа влияния эллип­ тичности канала. Крайние точки по главной оси эллипса полюсного наконечника будут несколько дальше от электронного пучка, чем точки по малой оси, так что преломляющая сила линзы в плоскостях, содержащих эти оси, будет различной. Таким образом, пучок с круглым сечением будет сфокусирован не в точку, а в две перпенди­ кулярные друг другу линии (фиг. 2.22), расстояние между которыми служит мерой измерения астигматизма линзы. Астигматизм крайне нежелателен, и он компенсируется с помощью простого устройства, обладающего различной фокусирующей силой в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Это устройство, известное как стигматор,

Ф (1 + Ф)). Обычные серийные микроскопы работают при 50—100 кВ или 0,05—0,1 МВ, так что для этих напряжений релятивистская поправка не превышает 10%. Серийные высоковольтные приборы работают при напряжениях, достигающих 1 МВ, при которых V уже становится рав­

ным 2Ф, а для уникального высоковольтного микроскопа, который работает при напряжении 3 МВ (Электронно­ оптическая лаборатория в Тулузе), V — 12 МВ.

Уравнения траекторий в магнитных линзах имеют следующий вид:

Таким образом, функция / (z) в основном определяется геометрическими параметрами линзы, a T]50/2F1/2 являет­ ся мерой измерения возбуждения. Максимум поля В 0 обычно заменяется числом ампер-витков; связь между В 0 и N1 может быть получена на основании анализа магнит­

ной цепи линзы. Если магнитная проницаемость магнитопровода достаточно высока, так что магнитным сопро­ тивлением можно пренебречь, то, обозначая магнитную индукцию в зазоре, параллельную оси, через 5 р (фиг. 2.24), получим