在用透射電鏡給樣品尤其是多晶樣品拍照時，經常會插入物鏡光闌，這是什么原因呢？為了解釋這個問題，我們還得用到衍射和襯度傳遞函數（Contrast Transfer Function）的知識，關于襯度傳遞函數可以閱讀“Contrast Transfer Function”和“為什么過焦（Overfocus）樣品邊緣較暗而欠焦（Underfocus）邊緣較亮？”這兩篇文章。為了更直觀的理解成像原理，我們還需要對成像過程有一定的了解，可以參考“透射電子顯微鏡是如何工作的？”這篇文章。這里我們只要關注從樣品（Specimen）到像平面（Intermediate image 1）的部分，如圖1中黑色矩形框所示。

圖1 透射電子顯微鏡基本成像模式Williams, David Bernard, and C. Barry. "Carter. Transmission electron microscopy: a textbook for materials science." (2009). New York: Springer.

基本成像過程

這里先以圖2所示部分為例介紹一下成像過程。當平行電子束打到樣品（Specimen）上時，電子會被衍射，衍射之后的電子束具有不同的傳播方向，衍射角度較大（衍射電子束偏離豎直方向較大）的電子束具有較高的空間頻率，衍射角度較小（衍射電子束偏離豎直方向較小）的電子束具有較低的空間頻率，如圖2所示。在“為什么過焦（Overfocus）樣品邊緣較暗而欠焦（Underfocus）邊緣較亮？”這篇文章中提到，高頻電子束包含樣品的細節信息，而低頻電子束包含樣品的輪廓信息。之后衍射電子束會被一個物鏡收集然后會聚在后焦面（Back Focal Plane， bpf），也就是圖中物鏡光闌（Objective Aperture）的位置。由高頻電子束會聚而成的為高頻衍射斑，由低頻電子束會聚而成的為低頻衍射斑，如圖2所示。然后衍射光繼續傳播在像平面（圖中Intermediate image 1）還原為樣品的像。再往下的中間透鏡（Intermediate Lens）主要是用于將像平面上的像投影到探測器上。

圖2 透射電鏡成像過程

插入物鏡光闌

從圖2我們可以看出，物鏡光闌的位置正好是后焦面的位置，也就是物鏡光闌起著將一部分衍射斑擋住的作用。物鏡光闌的光孔尺寸一般比后焦面衍射像的尺寸要小，這就意味著一部分高頻衍射斑會被物鏡光闌擋住，如圖3所示。

圖3 物鏡光闌的作用

從圖三可以看到，當插入物鏡光闌以后，高頻衍射點會被擋住，這樣只有低頻衍射斑會發出衍射電子束在像平面上成像。所以插入物鏡光闌的第一個效果就是降低了成像的分辨率，因為攜帶樣品細節信息的衍射光被物鏡光闌擋住了。但是，插入物鏡光闌也是有優點的：可以提高成像對比度。

在文章“為什么過焦（Overfocus）樣品邊緣較暗而欠焦（Underfocus）邊緣較亮？”中提到，高頻電子束被擋住時，樣品中細微結構會顯得比較暗，因為細微結構成像中，高頻衍射光起了很大作用。這就意味著，樣品中不同尺度的結構所能接收到的電子的數量是不一樣的。

多晶樣品

在觀測多晶樣品時，我們期望看到樣品中不同的晶粒，這樣我們才能找到需要的晶粒進行衍射等后續實驗。當加入物鏡光闌時，不同晶粒的襯度不一樣，也就是亮暗程度不一樣，這樣我們就很容易分辨出不同的晶粒，如圖4所示。

圖4 多晶樣品TEMStuer, Michael, et al. "Nanopore characterization and optical modeling of transparent polycrystalline alumina." Advanced Functional Materials 22.11 (2012): 2303-2309.

圖4是一個多晶樣品的TEM像，可以看到晶粒1和其他晶粒的明暗程度明顯不一樣，這主要是因為在沿著電子束軸的方向上，晶粒1中的細微結構更多。這可以是同樣的材料（元素）不同的晶向導致的，也可以是不同的材料（元素）形成的晶粒不同導致的。我們知道同一個晶粒不同方向上晶面間距是不一樣的，不同材料的晶面間距更不一樣，所以這些樣品的細微結構在尺寸上會有一定的區別。那么當高頻成分被擋住時，細微結構能接收到的電子數減少，亮度相應地降低。如果不插入物鏡光闌，則所有空間頻率電子束都會參與成像，那么所有的結構都能獲得較多的電子束，整個樣品會顯得很亮，這樣在低倍下時不同晶粒之間的對比度很低，很難區分出不同的晶粒來。

以上就是物鏡光闌在透射電鏡中的作用以及基本原理。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的自定义拍照时 拍照界面_在用透射电镜拍照时为什么经常要插入物镜光阑？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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