3.19　物镜光栏的选择

在多数的扫描电镜光栏中一般都有固定和可调两种光栏，光栏的主要作用是遮挡那些非旁轴的杂散电子和限定聚焦电子束的发散角，并且其还有调控束斑大小的功能，以满足电子束的旁轴近似和相干性并改变束斑直径的需求。多数电镜的聚光镜光栏是固定的，少数电镜的第一聚光镜光栏是可调的，多数扫描电镜的物镜光栏都可从真空外通过手动或由电子功能键选择多挡可变（调）光栏。用作光栏的材料全都采用对磁性不敏感的贵金属，如铂、钼、金和无磁性的不锈钢等材料。

有的文献中又把物镜光栏称为末级光栏，它们多数被设置在物镜极靴的上部。可调型四个一组的光栏多数都制作在同一片光栏片（条）上并装在同一支架中，如图3.19.1所示，这种条状的物镜光栏孔径多数为30μm、40μm、60μm、100μm或30μm、50μm、60μm、100μm。蔡司公司的场发射电镜可在一片金属圆片上做出7.5μm、10μm、20μm、30μm、60μm、120μm六个不同大小的孔径，这种光栏装在靠近聚光镜的衬管中。应注意的是每当改换不同孔径的光栏或改变电子枪的加速电压时，通常都需要对束斑与光栏的中心重新合轴对中。当选用的光栏孔径越小，被遮挡掉的电子就会越多，在一定的工作距离下相应的孔径角也就越小，这样虽能增加景深、减小像差，但光栏孔径若太小，图像的亮度会减弱、变暗，信噪比会变差；反之，若拍摄的照片倍率不太高或用能谱仪做微区的化学组分分析时，一般都会选用大孔径的光栏，以便增大束斑和束流、改善信噪比、提高图像亮度和能谱与波谱仪的计数率。图3.19.2为物镜光栏与入射束斑大小的关系示意图。

图3.19.1　常见的物镜可调光栏

图3.19.2　物镜光栏与入射束斑大小的关系示意图

总之，选择物镜光栏的大小需要考虑的要素有：

（1）为了拍摄高分辨的照片，通常会选用较小的孔径光栏、小束斑、短的工作距离。

（2）为了增加视场的景深，通常也会选用小孔径光栏、长的工作距离。

（3）为了增加亮度、改善信噪比需要大的探针束流，因此通常会选用较大孔径的光栏。

（4）在用能谱或波谱仪进行成分分析时，除非选用大面积的探测器或平行光的波谱仪，否则为了增加计数率，应选用大孔径的光栏。

TESCAN公司的场发射电镜有的就采用中间镜（IML）取代了传统光栏的部分作用。独特的中间镜能起到大部分机械光栏所能起的作用，又可避免机械光栏使用一段时间后，因受到污染导致的机械光栏孔径的边缘不锋利、不整齐、不对称，以及孔径变小、入射信号变弱、像散增大、分辨力下降等缺点。这种可变束斑的中间镜不仅为用户节省了更换光栏所需的时间和费用，而且还可配合电子束执行实时追踪，可实现电镜的自动合轴对中的工作，简化了电镜的对中操作。为适应不同的分析目的，我们还可以通过调节中间镜的场强来改变束斑的大小，若加上与其他三物镜的优化组合，可针对不同的用户需求提供下列多种分析模式。

（1）高分辨模式：该模式通过超高分辨的浸没式物镜，在拍摄高倍率照片时能达到高清的分辨力。

（2）大景深模式：该模式通过中间镜能进一步缩小束流和束斑，能提供大的景深，在拍摄凹凸不平的试样时能使景深增大，当放大倍率不大于10倍时，最大的景深可达7mm。

（3）大视野模式：通过中间镜可提供大的视野，最低的放大倍率可达1倍，最大的视场宽度可达65mm。

（4）大束流模式：在用能谱仪和波谱仪分析试样时能使入射的束流增大，这一点对于小面积探测晶体的能谱仪或罗兰圆波谱仪的分析很有帮助。

（5）分析模式：通过无漏磁极靴的分析透镜，配合无交叉光路在保证分辨力的同时，还可以观察和分析某些弱磁性的试样，分析型物镜对菊池花样也没有影响，还能适用于EBSD分析。