Электронная голография

Голография электронных волн

Электронная голография - это голография с электронными волнами. Деннис Габор изобрел голографию в 1948 году, когда пытался улучшить разрешение электронного микроскопа. Первые попытки выполнить голографию с помощью электронных волн были предприняты Хейном и Малви в 1952 году; они записали голограммы кристаллов оксида цинка с электронами 60 кэВ, демонстрируя реконструкции с разрешением примерно 1 нм. В 1955 г. Г. Мёлленштедт и Х. Дюкер изобрели электронную бипризму. что позволяет записывать электронные голограммы во внеосевой схеме. Существует множество различных возможных конфигураций электронной голографии, более 20 из которых были задокументированы в 1992 году Коули. Обычно для выполнения голографических измерений требуется высокая пространственная и временная когерентность (то есть низкий разброс по энергии) электронного луча.

• 1 Голография высокоэнергетических электронов во внеосевой схеме
• 2 Электронная голография во встроенной схеме
• 3 Электромагнитные поля
• 4 Приложения
• 5 Ссылки

Электронная голография с высокоэнергетическими электронами (80-200 кэВ) может быть реализована в просвечивающем электронном микроскопе (ТЕМ) во внеосевой схеме. Электронный пучок разделяется на две части очень тонкой положительно заряженной проволокой. Положительное напряжение отклоняет электронные волны так, что они перекрываются и создают интерференционную картину из равноотстоящих полос.

Иллюстрация к внеосевой электронной голографии в просвечивающем электронном микроскопе.

Реконструкция внеосевой голограммы выполняется численно и состоит из двух математических преобразований. Сначала выполняется преобразование Фурье голограммы . Результирующее комплексное изображение состоит из автокорреляции (центральная полоса) и двух взаимно сопряженных боковых полос. Только одна боковая полоса выбирается путем применения фильтра нижних частот (круглая маска) с центром на выбранной боковой полосе. Центральная полоса и двойная боковая полоса установлены на ноль. Затем выбранная боковая полоса перемещается в центр сложного изображения и применяется обратное преобразование Фурье. Результирующее изображение в объектной области является комплексным, и, таким образом, восстанавливаются распределения амплитуды и фазы объектной функции.

Оригинальная голографическая схема Денниса Габора представляет собой встроенную схему, что означает, что опорная волна и объектная волна имеют одну и ту же оптическую ось. Эта схема также называется точечной проекционной голографией. Объект помещается в расходящийся пучок электронов, часть волны рассеиваются объект (объектная волна), и это мешает нерассеянной волне (опорная волна) в плоскости детектора. Пространственная когерентность в поточной схеме определяется размером источника электронов. Голография с низкоэнергетическими электронами (50-1000 эВ) может быть реализована в поточной схеме.

Схема встроенной электронной голографии.

Важно защитить интерферометрическую систему от электромагнитных воздействий. поля, поскольку они могут вызвать нежелательные фазовые сдвиги из-за эффекта Ааронова – Бома. Статические поля приведут к фиксированному смещению интерференционной картины. Понятно, что каждый компонент и образец должны быть правильно заземлены и защищены от внешнего шума.

На этом изображении видна электронная голограмма латексной сферы на углеродном покрытии с частицами золота (черные точки), в нижней части изображения - вакуум. Бипризма находится примерно над вакуумным краем; параллельно этому краю видны фазовые плоскости интерферограммы, которая является частью изображения и из которой может быть извлечена фазовая информация.

Электронная голография обычно используется для изучения электрических и магнитных полей в тонких пленках, как магнитная электрические поля могут сдвигать фазу мешающей волны, проходящей через образец.

Принцип электронной голографии также может быть применен к интерференционной литографии.