9.1.1 Формирование параллельного пучка
В обычном режиме ПЭМ, первые две конденсорные линзы (C1 и C2) настраиваются таким образом, чтобы образец освещался широким параллельным пучком электронов, как правило, несколько микрометров в поперечнике при разумных увеличений (х20000 -100000). Как показано на рисунке 9.1, линза C1 формирует изображение кроссовера электронной пушки. В случае источника с термоэлектронной эмиссией, исходный кроссовер может быть несколько десятков микрометров в поперечнике, и этот кроссовер уменьшается линзой на порядок и более. В случае источника с полевой эмиссией, размер источника может быть меньше, чем требуемая область освещения на образце, так что может быть необходимым увеличить кроссовер (поэтому конденсаторные линзы не всегда уменьшают). Самый простой способ для получения параллельного пучка показан на рисунке 9.1.А, в котором линза C2 ослабляется, чтобы произвести недофокусированное изображение кроссовера C1. В этих условиях расфокусировки, линза называется называется перефокусированной, если она является сильной и кроссовер расположен до плоскости изображения и недофокусированной если линза слабая и кроссовер расположен после плоскости изображения. Недофокусировка дает более параллельный пучок на образце, чем перефокусировка.
В то время как луч на рисунке 9.1.А не совсем параллелен оптической оси, α при этих условиях меньше 10-4 рад (0.0057°), который фактически является параллельным пучком.
При создании малых зондов, которые необходимы в СПЭМ и АЭМ, верхний полюсный наконечник объективной линзы действует как C3 линза и управляет пучком, как показано на рисунке 9.1.В. Если линза C2 сфокусирована для получения изображения (кроссовера) на передней фокальной плоскости верхнего полюсного наконечника, линза формирует пучок параллельных электронов. Так называемая объективно-конденсорная система линз является стандартным для почти всех ПЭМ используемых для исследования материалов, но этой системы нет в специализированных СПЭМ, и ПЭМ изготовленных ранее 1980 года и тех микроскопов, которые предназначены в первую очередь для визуализации биологических образцов.
Рисунок 9.1 Получение паралельного пучка в ПЭМ: (A) основной принцип показан, используя только C1 и недофокусированную C2 линзы. (B) практическая ситуации в большинстве ПЭМ, использование C1 и C2 линзы для получения изображение источника в передней фокальной плоскости конденсорно-объективной линзы, создавая тем самым параллельный пучок в плоскости образца. Таким образом, верхний полюсный наконечник объективной линзы называют C3 линзой.
Освещение параллельным пучком необходимо, чтобы получить более острые дифракционные пики при использовании дифракции из выбранной области и, в принципе, для наилучшего контраста изображений. В самом деле, мы обычно считаем, что падающий луч параллелен при интерпретации наших классических изображений. Обычно вам необходимо недофокусировать C2 до того момента пока освещенная область на образце не заполнит полностью экран просмотра изображения. Чем выше увеличение, тем сильнее необходимо фокусировать C2 (делая пучок менее параллельным), чтобы освещаемая область сохраняла заполнение экрана и, следовательно, освещая все меньшую часть образца.
Рисунок 9.2. Влияние диафрагмы C2 на параллельность луча: диафрагма создает более параллельный пучок за счет уменьшения числа электронов (т. е. уменьшает ток зонда), падающих на образец
В режиме освещения параллельным пучком в ПЭМ, обычно используемом при получении изображений с дифракционным контрастом или дифракции из выбранной области, мы не нуждаемся в изменении С1, которая работает при некоторых средних значениях рекомендованных производителем. Мы обычно варьируем апертуру второй конденсорной линзы С2. Малая апертура уменьшает ток падающий на образец. Однако, при использовании малой диафрагмы, мы уменьшаем угол сходимости и, следовательно, делаем луч более параллельным, как это видно из рис 9.2.