[发明专利]基于透射电镜的新型相移电子全息术

权利要求书

1.一种基于透射电镜的新型相移电子全息术，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在透射显微镜下观察试样，获取一系列全息图；

(2)选择一系列试样全息图中同一位置的一个垂直于干涉条纹方向的矩形局部区域，该区域不包含或很少包含试样信息；

(3)对系列全息图选定区域的强度平均值进行线性曲线拟合得到初始相位；

将描述无试样区域全息图的包含余弦项的非线性方程转换为一个线性方程，获得第j张物体全息图强度的线性方程公式如下：

I_j(r)＝I₀(r)+I₀(r)c(r)cos(2πq_c·r)cosφ_j+I₀(r)c(r)sin(2πq_c·r)sinφ_j

＝a₀+a₁cos(2πq_c·r)+a₂sin(2πq_c·r)

其中，I₀(r)是平均强度，c(r)是条纹可见度或对比度，q_c是载波条纹频率，φ_j是初始相位分布，φ(r)为相位图；

根据上述公式，利用最小二乘估计法对选取区域强度平均值I_j(r)进行线性曲线拟合，得到初始相位；

(4)根据初始相位与强度值的关系，对系列全息图的每个像素进行像素值的非线性曲线拟合得到相位图像；

步骤(1)中获取全息图的方法为，通过倾转电子束的方法获得一系列全息图；其中N为系列全息图的个数，N≥20；

步骤(1)中获取全息图的方法如下：

1)将试样置于透射电子显微镜的试样台上，拍摄感兴趣的试样区域的全息图，得到第一张物体全息图，并拍摄移除试样的空全息图，得到第一张参考全息图；

2)控制电子束偏转线圈来实现入射电子束的倾斜，在其它条件不变的情况下拍摄第二张物体全息图以及对应的参考全息图；

3)重复步骤1)和步骤2)，逐步倾斜电子束，在其他条件不变的情况下拍摄一系列具有不同初始相移的物体全息图和参考全息图；

步骤(3)获得初始相位的方法包括：

A)对选择的不包含试样信息的矩形局部区域的强度值，沿干涉条纹方向求和并取平均值；

B)利用最小二乘估计法对求得的强度平均值进行线性曲线拟合来获得初始相移值；

C)重复步骤A)和步骤B)，拟合出一系列全息图的初始相移值。

2.根据权利要求1所述的基于透射电镜的新型相移电子全息术，其特征在于，所述试样的厚度小于100nm。

3.根据权利要求1所述的基于透射电镜的新型相移电子全息术，其特征在于，所使用的透射电镜的电子全息空间分辨率为2nm，特指通用的洛伦兹电镜模式。

4.根据权利要求1所述的基于透射电镜的新型相移电子全息术，其特征在于，步骤3)逐步倾斜电子束，以获得一系列试样的电子全息图，参考全息图与试样全息图一一对应，其中第j张物体全息图的强度的非线性方程表示为：

I_j(r)＝I₀(r){1+c(r)cos(2πq_c·r+φ(r)+φ_j)},j＝1,2...,N。

5.根据权利要求1所述的基于透射电镜的新型相移电子全息术，其特征在于，步骤(3)第j张物体全息图强度的线性方程公式，用矩阵形式表示为：

6.根据权利要求1所述的基于透射电镜的新型相移电子全息术，其特征在于，步骤(4)得到相位图的方法包括：

1)取系列全息图同一位置的一个像素值作为纵坐标，根据步骤(3)中得到的系列全息图初始的相移值作为横坐标，绘图；取系列全息图包含物体全息图和参考全息图

2)对步骤1)绘制的图进行非线性曲线拟合，得到这个位置对应的相位值；

3)对系列全息图的每个像素进行非线性曲线拟合得到相位图，从物体全息图的相位图像中减去参考全息图的相位图像，来校正双棱镜上菲涅耳衍射引起的相位失真，得到最终的物体相位图。