扫描电子显微镜电子发射出的电子束经过聚焦后汇聚成点光源；点光源在加速电压下形成高能电子束；高能电子束经由两个电磁透镜被聚焦成直径微小的光点，在透过后一级带有扫描线圈的电磁透镜后，电子束以光栅状扫描的方式逐点轰击到样品表面，透射电镜连续切片三维重构检测服务，同时激发出不同深度的电子信号。此时，电子信号会被样品上方不同信号的探头接收，通过放大器同步传送到电脑显示屏，形成实时成像记录（图a）。由入射电子轰击样品表面激发出来的电子信号有：俄歇电子（Au E）、二次电子（SE）、背散射电子（BSE）、X射线（特征X射线、连续X射线）、阴极荧光（CL）、吸收电子（AE）和透射电子（图b）。每种电子信号的用途因作用深度而异。



观察试样的各个区域的细节。试样在样品室中可动的范围非常大。其他方式显微镜的工作距离通常只有2～3cm，故实际上只许可试样在两度空间内运动。但在扫描电子显微镜中则不同，由于工作距离大（可大于20 mm），焦深大（比透射电子显微镜大10倍），样品室的空间也大，因此，可以让试样在三度空间内有6个自由度运动（即三度空间平移，三度空间旋转），且可动范围大，这对观察不规则形状试样的各个区域细节带来极大的方便。



TEM常见的操作模式是亮场成像模式。在这一模式中，经典的对比度信息根据样品对电子束的吸收所获得。样品中较厚的区域或者含有原子数较多的区域对电子吸收较多，于是在图像上显得比较暗，而对电子吸收较小的区域看起来就比较亮，这也是亮场这一术语的来历。图像可以认为是样品沿光轴方向上的二维投影，而且可以使用比尔定律来近似。对亮场模式的更复杂的分析需要考虑到电子波穿过样品时的相位信息。



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