透射電子顯微鏡可以看到在光學顯微鏡下無法看清的小于0.2um的細微結構，這些結構稱為亞顯微結構或超微結構。要想看清這些結構，就必須選擇波長更短的光源，以提高顯微鏡的分辨率。1932年Ruska發明了以電子束為光源的透射電子顯微鏡，電子束的波長要比可見光和紫外光短得多，并且電子束的波長與發射電子束的電壓平方根成反比，也就是說電壓越高波長越短。TEM的分辨力可達0.2nm。

透射電鏡的原理是什么？

電子槍發射出來的電子束，在真空通道中沿著鏡體光軸穿越聚光鏡，通過聚光鏡將之會聚成一束尖細、明亮而又均勻的光斑，照射在樣品室內的樣品上；透過樣品后的電子束攜帶有樣品內部的結構信息，樣品內致密處透過的電子量少，稀疏處透過的電子量多；經過物鏡的會聚調焦和初級放大后，電子束進入下級的中間透鏡和第1、第2投影鏡進行綜合放大成像，最終被放大了的電子影像投射在觀察室內的熒光屏板上；熒光屏將電子影像轉化為可見光影像以供使用者觀察。本節將分別對各系統中的主要結構和原理予以介紹。

透射電鏡的成像方式是什么？

電子束穿過樣品時會攜帶有樣品的信息，TEM的成像設備使用這些信息來成像。投射透鏡將處于正確位置的電子波分布投射在觀察系統上。觀察到的圖像強度，I，在假定成像設備質量很高的情況下，近似的與電子波函數的時間平均幅度成正比。不同的成像方法試圖通過修改樣品射出的電子束的波函數來得到與樣品相關的信息。根據前面的等式，可以推出觀察到的圖像強度依賴于電子波的幅度，同時也依賴于電子波的相位。

雖然在電子波幅度較低的時候相位的影響可以忽略不計，但是相位信息仍然非常重要。高分辨率的圖像要求樣品盡量的薄，電子束的能量盡量的高。因此可以認為電子不會被樣品吸收，樣品也就無法改變電子波的振幅。由于在這種情況下樣品僅僅對波的相位造成影響，這樣的樣品被稱作純相位物體。純相位物體對波相位的影響遠遠超過對波振幅的影響，因此需要復雜的分析來得到觀察到的圖像強度。例如，為了增加圖像的對比度，TEM需要稍稍離開聚焦位置一點。這是由于如果樣品不是一個相位物體，和TEM的對比度傳輸函數卷積以后將會降低圖像的對比度。