题目：透射电子显微镜电子光学系统研究

     现代科学技术的发展，透射电子显微镜作为大型高精密显微分析仪器，在材料、生物、物理、医学、化学等领域中占有不可或缺的地位。为了进一步向微观领域探索，全面揭示物质微观特征（晶体组织结构、缺陷等），需要进一步提高透射电子显微镜的分辨率，而电子光学像差一直是制约透射电子显微镜分辨率的主要因素。自20世纪以来，球差矫正透射电子显微镜的问世使得分辨率有了本质飞跃，可以看到0.05nm的显微结构。基于此，本文针对TDX-200F型场发射枪透射电子显微镜的电子光学系统进行了优化设计与仿真研究。

      首先详细剖析了磁透镜设计的影响因素，即极靴、极芯、磁路、线圈的结构参数与电子光学性能的制约关系，参考了G.Liebmann、T.Mulvey、W.D.Riecke、K.Tsuno、西门纪业、黄兰友、姚骏恩、陈文雄等人关于磁透镜设计的研究成果，按照W.D.Riecke针对物镜、投影镜及聚光镜设计的通用规则，从分辨率要求、显微分析要求以及样品要求出发，采用理论计算结合仿真研究的方式，对TDX-200F型场发射枪透射电子显微镜的物镜、小聚光镜以及其它磁透镜的极靴与磁路进行了优化设计。其中详细分析了小聚光镜引入的必要性、结构以及对照明系统电子光学性能的影响规律。仿真研究采用MEBS公司开发的带电粒子光学计算机辅助设计软件，通过分析给定激励下磁透镜的轴上磁感应强度分布，判断是否出现磁饱和现象，必要时调整设计参数再进行仿真，直到不出现磁饱和，并且电子光学性能符合要求为止。

      其次对TDX-200F型场发射枪透射电子显微镜的电子光学系统（分成照明系统与成像系统两大部分）进行了一体化设计。物镜采用聚光镜-物镜工作方式，物镜前场作为聚光镜使用，后场作为物镜使用。照明系统由第一、二聚光镜、小聚光镜和物镜前场组成；成像系统由物镜后场、第一、二、三中间镜和投影镜组成。基于微区显微分析需要，照明系统工作在三种照明模式下，即TEM、EDS和NBD模式，根据三种照明模式的探针直径要求采用MEBS软件仿真得到照明系统各磁透镜的电子光学参量数据。成像系统工作在两种成像模式下，即放大模式和衍射模式，根据放大倍数或相机长度要求采用MEBS软件仿真得到成像系统各磁透镜的电子光学参量数据，作为TDX-200F型场发射枪透射电子显微镜调试的依据。其中对低倍成像模式下径向畸变的补偿提出了一种解决方法，仿真结果表明该方法可有效减小TDX-200F型场发射枪透射电子显微镜工作在低倍成像模式时的畸变量，减小像差。

      最后基于成像系统仿真分析需要，发展了一种成像透镜物像关系方程组的插值算法，即依据《光学技术手册》中给出的电子光学数据表（该表给出0.1<S/D<2.0范围内每个极靴间隙孔径比S/D下物镜（投影镜）的焦距f、像焦点zF、球差系数Cs以及色差系数Cc与透镜激励参量NI/SQRT(Ur)的对应关系），根据透镜的S/D值查找相应数据表（物镜与其它透镜数据不同），在给定的放大倍数、相机长度下，根据成像关系导出的物像关系方程组，以透镜轴向位置间距值作为自动逼近目标，精度在1‰以内，利用插值方法调整各中间透镜的放大倍数，使物像关系方程组满足，最终确定出各成像透镜的激励安匝数以及放大倍数。