DIY SEM Engineering Kit v2.5-Stable

物镜对中:双偏转线圈解耦控制交互实验室

通过双层偏转线圈(Upper & Lower)的协同调节,攻克电子束在物镜处的“纯平移”与“纯倾斜”控制。

控制模式选择 (Control Mode)

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实时操纵杆与环境偏置

目标指令输入

目标平移位移 (S_x) 0.0 px
目标入射倾角 (T_x) 0.00°
上层偏转角 α_u (Upper) 0.00°
下层偏转角 α_l (Lower) 0.00°

镜筒几何与焦距

物镜基准焦距 (f) 50 mm
上偏转高度 (z_u) 250 mm
下偏转高度 (z_l) 150 mm

实时耦合矩阵数据看板 (2×2 Simplify Matrix)

正向物理响应矩阵 M
满足:$ \begin{bmatrix} S_x \\ T_x \end{bmatrix} = \mathbf{M} \begin{bmatrix} \alpha_u \\ \alpha_l \end{bmatrix} $
[ +50.00 , +50.00 ]
[ +0.00 , +0.00 ]
解耦控制矩阵 $\mathbf{M}^{-1}$
满足:$ \begin{bmatrix} \alpha_u \\ \alpha_l \end{bmatrix} = \mathbf{M}^{-1} \begin{bmatrix} S_x \\ T_x \end{bmatrix} $
[ +0.020 , -1.000 ]
[ -0.020 , +2.000 ]

对中物理公式大解密 (Physics Analysis)

在双偏转系统下,束斑打在物镜主面的径向高度 $x_{lens}$ 以及入射角度 $\theta_{in}$ 满足: $$\begin{cases} x_{lens} = \alpha_u (z_u - z_{lens}) + \alpha_l (z_l - z_{lens}) \\ \theta_{in} = \alpha_u + \alpha_l \end{cases}$$ 电子束经过物镜折射后的偏角 $T_x = \theta_{out} = \theta_{in} - \frac{x_{lens}}{f}$。最终在样品靶面产生的位移为: $$S_x = x_{lens} + T_x \cdot z_{lens} = \alpha_u \left[ z_u - \frac{z_{lens}(z_u - z_{lens})}{f} \right] + \alpha_l \left[ z_l - \frac{z_{lens}(z_l - z_{lens})}{f} \right]$$

💡 为什么 Wobble 不抖动的秘密是 $x_{lens} = 0$?

当 Wobble 物镜(调制焦距 $f$)时,折射角变化量 $\Delta \theta = -\frac{x_{lens}}{\Delta f}$。 如果 $x_{lens} \neq 0$,折射路径会随 $f$ 的改变而改变,造成光斑在样品面横向漂移,图像产生横向振动。 一旦通过偏转对中使 $x_{lens} = 0$,电子束穿过物镜几何中心,折射角恒等于入射角(无折射变化),调焦时图像将只有纯中心呼吸,毫无抖动!

束路追迹器 (Ray Tracer)

线圈 物镜 样品
Upper Coil (z_u) Lower Coil (z_l) Objective Lens (z_lens) Sample Plane (z=0)

SEM 显卡视野 (Image Wobble View)

Wobble 扫焦未同步
Wobble 调焦周期性调制 高速往复改变物镜电流 (焦距)