2.5. 4. Дефекты электронно-оптических линз.

Среди многочисленных дефектов электростатических и электромагнитных линз (их насчитывают десяток) основными дефектами, ограничивающими разрешающую способность электронно - оптических приборов, являются три: сферическая аберрация, хроматическая аберрация и астигматизм.

Сферическая аберрация: - этот дефект связан с неидеальным действием электростатического и магнитного поля на лучи, проходящие вдали от оптической оси. Чем дальше от оси движется электрон, тем сильнее он отклоняется по направлению к оси (рис. 24.5,а). В результате точка изображается в виде диска конечного размера. При отсутствии сферической аберрации С_s=0 изображение должно быть точечным в плоскости, называемой гауссовой плоскостью изображения. В действительности, С_s≠0, точка превращается в некоторую область, имеющую гало. Наименьший диаметр изображения источника располагается несколько выше гауссовой плоскости, в плоскости наилучшей фокусировки (plane of least confusion). Как показывают оценки диаметр точки в гауссовой плоскости (в параксиальном приближении) составляет: , где -телесный угол обзора линзы, а коэффициент С_s-называют коэффициентом сферической аберрации.

\ а б

Рис.25.4. Аберрации электронных линз. а) сферическая; б) хроматическая.

Хроматическая аберрация: - этот дефект связан с немонохроматичностью излучения электронов, и с разным отклонением в электромагнитном поле электронов, отличающихся энергией. На рис. 24.5,б показана схема, иллюстрирующая этого рода дефект. Электроны с более низкими энергиями отклоняются на больший угол. Вариации высокого напряжения очень малы, 10^-6, т.е. 0,1эВ при 100 кэВ. При таком энергетическом разбросе хроматическая аберрация не представляет проблему. Однако вследствие неупругих процессов спектр электронов «размазывается» после прохождения через образец. В результате изображение точки в плоскости наилучшей фокусировки будет диском (disc of least confusion) c радиусом:

r_chr=C_c(E/E₀), (53.4)

где С_с – коэффициент хроматической аберрации линз, примерно равный, как и С_S, фокусному расстоянию,  - потеря энергии, Е₀-начальная энергия электронов.

Астигматизм: - поле в межполюсном зазоре электромагнитных линз должно быть идеально аксиально-симметричным. Из-за неточностей в профиле сердечника из магнитомягкого железа и его полюсных наконечников аксиальная симметричность поля нарушается. Неоднородность химического состава магнитомягкого материала также приводит к возмущению магнитного поля. Апертура также может располагаться также неидеально в центре. Помимо этого, загрязнения нарушают идеальность отверстия. В результате идеальность геликоидальной траектории электронов нарушается, что приводит к астигматизму. Многочисленные причины астигматизма приводят к размытию точки в диск радиусом:

r_ast =f, (54.4)

где f разброс в фокусном расстоянии из-за астигматизма.

Астигматизм можно скорректировать, стигматоры, которые представляют собой небольшие октупольные линзы, поле которых компенсирует неоднородность поля основной линзы. Стигматоры обычно устанавливают в конденсорной и объектной линзах.