电镜基本原理介绍

简单介绍

电镜的仪器实质是通过电磁场的安排，操纵真空条件下电子束的发射和运动， 调制信号的产生和收集以反映样品的微观信息。所用电磁场除偏转扫描系统外为静态场， 主要目标为汇聚合适束斑大小的电子束并实现稳定的扫描。

描述电子在运动的电子光学可以类比于可见光光学，矢标势组合提供了折射率的类比， 引入焦距焦点、物像平面的语言描述电子束常常是方便的。但两者的差异远多于相似：不同于光学材料， 场是连续分布而可调的。轴对称的磁场具有汇聚作用，且改变电流即可改变焦距，但无发散作用，即不存在磁凹透镜； 电场可吸引可排斥，但不易调节。两者特定的配合能够达到最佳的操纵能力。

电子枪发出的电子以10keV或0.1倍光速左右作用于样品， 产生信号也比光镜丰富的多，但主要是电子信号，所以也通过电磁场控制来收集。

电磁场通过外加电压电流改变，电磁材料需要被合理地安排，以使得电磁场满足电子光学条件， 并保证热、力的稳定性，因而原则上就是多物理场耦合问题。为保证电子束的精细和稳定，完善的真空和电路保障也是必要的。 实际实现还存在几何不完美、杂散场、材料缺陷等因素，需要在工艺和设计上克服。从原理上仪器的各项技术指标， 如景深、分辨率、扫描速度、样品适用性等，其间存在相互的制约关系。因而在设计时就需要关注特定需求，做出权衡并尝试提升仪器灵活度。 软件与硬件结合，提高对仪器的操控能力和数据挖掘能力，以将仪器性能最大化，也十分重要。

局势

目前国内电镜即其部件大量依赖于进口，尽管已有一批国内仪器团队呈现兴起之势，基础的仪器开发环境仍十分匮乏。 因而无法直接从国内购买到所有所需零部件完成一台电镜的搭建。 另一方面电镜也非一种已经定型的仪器，低压电镜、自旋电镜、微机电电镜等都可算电镜家族新角色，甚至在某些情况下电子与样品作用机制仍有待阐明。 因而，在理论和设计方面都应当以一种原创性的眼光来看待，电子光学理论基础的学习和CAD工具的使用不可避免。

总结

总而言之，该项目是这样一个工程： 从电磁场原理出发，计算操控电子所需的场参数背后的电压电流条件，双向综合地设计电磁线圈和电磁材料层； 借助CAD构建稳定的真空和电路系统以实现稳定的电压电流加载环境，编写软件系统以对仪器功能灵活操纵； 综合需求面向，基于电子与物质相互作用理论考虑信号的产生和收集，以安排探测器并协调与其余部分的影响。