EM電子顯微鏡系列2—為什麼偏偏是球差？

我們經常聽到球差/雙球差矯正透射電鏡，聽起來很高端，矯正像差可以提高解析度容易理解，像差那麼多種，為什麼偏偏選擇球差來矯正？

矯正過程是類似眼鏡矯正視力一樣么？矯正器長什麼樣子？我們先看兩張圖。

Nion UltraSTEM 200

Nion 100 kV- 300 kV Cs corrector球差矯正器

這NION的貨長的很有個性哇（對比HITACHI）？矯正器長的也有點……

Hitachi HF-3300透射電鏡

進入正題，光學顯微鏡和電子顯微鏡如上一期「EM電子顯微鏡系列1—為什麼是電子？」講的，主要是工作媒介換了，光路設計在理論上非常相似，原理基礎在於光具有波粒二象性，電子運動起來也一樣！

電子在運動過程——粒子行為——幾何光學適用；

電子在衍射成像——波動行為——波動光學適用；

光學鏡頭或顯微鏡遇到的所有像差（幾何光學），電子顯微鏡也一樣不少會遇到（矯正針對電子傳輸運動過程）。那好，先來回答幾個問題：

1 什麼是像差？

實際成像跟理想成像之間的差異

2 像差有哪些？

單色像差（球差、彗差、像散、場曲、畸變）

色差（位置色差、倍率色差）

3 為什麼偏偏針對球差？

抓住主要矛盾，擒賊先擒王！

咱有憑有據，一點不冤枉！

你發現什麼沒有？

睜大眼睛再看看！

好吧，還是沒看出來！

對比上面一組圖片，當我們只關注中心針孔點成像時候，球差是導致斑點變大（解析度降低）的主要因素，其次是位置色差，其他像差因素對於點成像幾乎沒有影響，對面成像影響較大。

現在大致給出了「為什麼針對球差」這個問題的答案，下次再講球差相關的具體數值咯，不過隨著技術進步，球差已經矯正到非常低的水平，色差影響解析度提升的因素已經逐漸凸顯，當然這是後話。

也許若干年後聽到最多的是「色球」差矯正透射電鏡，記住，是色球不是色狼！

插個題外話：

波粒二象性在理論上接近完美，但很難直觀形象表述。在波粒行為轉化的時候可以想像成下圖，下落的水滴（電子）在接觸到水表面的瞬間，幻化成水波向四周傳播（粒子行為波動行為轉化）；如果把這個過程拍成視頻倒著播放，水波向中心行進聚攏，波動能量匯聚到中心形成水滴（電子）脫離水面（波動行為粒子行為轉化）。

聲明：該直觀想像不保證具備科學嚴謹性，僅供參考。

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