[发明专利]基于透射电镜的新型相移电子全息术

说明书

本发明公开了一种基于透射电镜的新型相移电子全息术，包括以下步骤：(1)在透射电子显微镜下观察试样，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；(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。利用本发明的方法，可以实现高空间分辨和高相位信号分辨的电子波函数重构，从而实现对物质的电场和磁场分布进行高分辨率和定量的分析表征。

技术领域

本发明涉及透射电子显微技术领域，特别涉及一种基于透射电镜的新型相移电子全息术。

背景技术

传统的透射电子显微技术记录穿透试样电子波的强度分布，因而难以获得材料的电场或磁场分布信息。与之相对的基于透射电子显微镜的电子全息方法则可以记录电子波的幅度和相位变化，从而获得试样的电磁势场信息。离轴电子全息术是利用静电双棱镜的干涉现象获得试样图像的显微技术。通过对电子全息图的重构可以将出射电子波函数的相位和振幅分离开，分别得到单独的振幅衬度和相位衬度像。

电子全息图数字化重构后，可实现滤波、振幅与相位的分离、相位放大和像的重构等操作，是目前普遍采用的重构方法。数字化重构方法主要是利用傅立叶变换方法。傅立叶变换得到的频谱图主要特征是其0级，±1级频谱，亦称中央带、共轭的边带频谱。这三项在频谱面上应该是彼此分离的。通过滤波方法，可以把不同级的频谱信息分离出来。选择一个边带区域，对其进行反傅立叶变换，即可得到物波函数。该方法的优点是充分利用了离轴全息频谱分离这一特点，消除0级、+1(或－1)级以及噪声等因素的影响。数字化处理得到的物波，其相位和振幅可以分离，分别得到振幅衬度和相位衬度像。为避免围绕中央带和边带的频谱分布重叠，经傅立叶变换后，边带与中央带的距离应大于选定的重构边带区域半径的三倍，因此全息傅立叶滤波重构方法限制了图像的空间分辨率。

相移全息术通过倾转电子束方法实现给每个全息图一个初始相移值，从而获得系列全息图，然后对采集的所有全息图的每个像素值进行代数运算，即可求得试样的物波函数，从而得到与试样局域电磁势场相关的信息。这个新的全息重构方法是对整个全息图的每个像素进行重构，与传统采用的傅立叶滤波重构法不同，保全了原全息图的空间分辨率。相移全息术的重构方法要求获得准确的初始相移量，而实验中由于试样漂移、静电双棱镜的移动以及倾转电子束的不稳定等因素，造成每个全息图的初始相移与给定的初始相移值并不相同，使得无法准确对相移电子全息术进行重构。因此开发新的获取初始相移的方法，提高电子全息重构图像的空间分辨率具有重要的科学意义。

目前获取初始相移的方法是通过测量条纹位移等效地计算出初始相移，测量条纹位移的一种方法是对全息图进行傅立叶变换，然后在傅立叶频谱中测量相位。改变初始相位不会改变中心带和边带频谱的绝对振幅。一系列全息图因此形成一个圆形轨迹，其半径等于振幅。通过拟合圆轨迹确定中心点，用实测数据减去中心点后，通过比值确定每个全息图的初始相位。但此方法过于繁琐，需要对全息图进行傅立叶变换，并区分出中心带和边带频谱的绝对振幅，再进行拟合，从而降低了重构效率。当全息图的中心带分量与边带频谱分量产生重叠时还会造成获取初始相位的误差。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于透射电镜的新型相移电子全息术，从而克服全息图相位误差大、分辨率精度低等的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于透射电镜的新型相移电子全息术，包括以下步骤：

(1)在透射电子显微镜下观察试样，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；