显微镜成像光的途径(电子显微镜是如何工作的？)

Posted 2023-05-28

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显微镜成像光的途径(电子显微镜是如何工作的？)

目前光学显微镜所能达到的极致分辨率是0.2微米，而电子显微镜能达到0.2纳米，所以它能拍摄到直径0.1纳米的原子的影像。

电子显微镜诞生于1937年，是为了在医学研究中观察光学显微镜下无法成像的病原体而发明的。电子显微镜外形上看是一个长筒，内部是真空的。它的工作过程是从长筒顶部发出电子束照射样本后，形成携带图像的电子束，然后打在荧光屏或照相干板上，我们就能看到样品被放大的图像。

电子显微镜就是光学显微镜的升级版，它用电子束代替光来成像，电子束和光都具有波粒二象性，生成合适的电子束波长就能显著提高电子束的成像分辨率，这是光学显微镜远不能及的。

常用的扫描电子显微镜具体是如何工作的呢？

它的顶部有一个电子枪，由一个带小孔的正极和一个带钨丝的负极构成，正负极之间有很高的电压形成电场，当负极一端的钨丝通电发热就会释放出电子，在电场力的作用下加速飞向正极，从小孔逃逸出去，就形成了电子束，这就相当于光学显微镜的光源。

为了达到最大分辨率，—般要求电子枪的电压保特在5─10万伏，以便形成波长千分之五纳米的电子束，正是这个极短的波长，让显微镜能够达到超过300万倍的放大倍率。

电子枪发出的电子束是发散光，所以要通过电磁透镜来聚焦形成汇聚光线。电磁透镜实际就是一个通电的线圈，它形成磁场，使穿过其中的电子束在洛仑兹力的作用下改变方向，形成汇聚光线；汇聚的电子束穿过另一个电磁透镜，再次聚焦，去照射被观察的样本上的某一小块面积，入射的电子让这一小块面积的样本，被激发出了次级电子，这些电子散射出来就在旁边的荧光屏上形成了被照射的这一小块的图像。

要观察整个样品，就要通过调节物镜的电磁场来控制穿过其中的电子束的偏转，让电子束的焦点移动，去一行一行的扫描样本，这样旁边的荧光屏上就逐渐出现了完整的样品的表面立体图像。

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