【冷冻电镜入门】加州理工公开课课程笔记 Part 3： Image Formation

Amplitude and phase contrast, scattering(散射)
- 散射：当电子撞击到物体时会发生什么

非弹性散射的电子和弹性散射的电子在显微镜中形成不同平面的图像。所以通常用能量过滤器来消除弹性散射的电子。

非弹性散射的范围很广，而且会损伤样品。
实际上，冷冻电镜中基本的分辨率限制是由于非弹性散射时造成的辐射损害。

不同的电镜类型
两种不同的电镜：“scanning” vs “brightfield”
扫描模式和明场模式。扫描电子显微镜是指我们将入射的电子束聚焦在一个非常小的点上也许是1纳米宽，然后给一个样品，我们用这个小点在图像上呈光栅来回扫描，后者会一次照亮整个样品。

三种基本形式：
1. 扫描电子显微镜（SEM）
2. 扫描透射电子显微镜(STEM)
3. 透射电子显微镜 (TEM)：明场模式

在透射电子显微镜中有两种衬度，分别是振幅衬度和相位衬度。
two kinds of contrast: amplitude and phase

想要理解相位衬度，必须将入射的电子视为波，同时被散射到所有散射方向。

将电子视为平面波，每个像素在相位上都有一个振幅。当平面波与样品相互作用时，样品会延迟相位和散射，所以你会有相位波动。当电子波通过样品时，它们在其中嵌入了一系列波动以至于无法画出它们，所有这些波纹在一起产生的波，在这个方向或者更高的散射角。透镜弯曲散射的射线并收集它们。因此有一个波函数，存在于透镜的后焦平面上，这个波函数在傅里叶分量的这些位置有很强的振幅，它是样品密度的傅里叶变换。随着这些射线继续沿电子显微镜移动，所有这些傅里叶分量相互干扰以形成复杂的波函数。最后，在成像面上的波函数就是样品密度的放大版本，在这个波函数中是我们最终记录到探测器上的。

下面用一张图像为例，比如样品是一个复杂的图像，就像这张傅里叶教授的头像。
那么存在于物镜后焦平面上的波函数就是物体密度的傅里叶变换。
在物镜后的像平面上存在的波函数是被放大后的原始物体的密度的表示。所以这是后焦平面的波函数的傅里叶变换。
所以在显微镜中原始图像的傅里叶变换出现在后焦平面上，原始函数的表示出现在接受平面上。
不过以上是理想情况。现实中一些散射的射线被传送到图像上时比其他的更加强烈。

在电子显微镜下不是图像的所有组成部分都显得同样强，一些傅里叶分量在最终的图像中完全表示出来，有些只表现出一半或者完全缺失。

Wave propagation and phase shifts
- 波是如何通过镜筒向下传播的，以及这些波之间的相移的不同是如何使其中的波变得不可见，而哪些不是的，这会引导我们理解对比度传递函数（CTF function）。
The contrast transfer function

理解为何一些傅里叶分量在电镜图像中被强烈地表示出来，而一些分量消失了。
当电子波撞击样品时一些不会散射，一些会散射，单个电子可以经历所有这些现象，它对最终图像的贡献取决于所有这些过程是如何相互干涉的。

Defocus and its effects（散焦及其影响）
Envelopes
CTF correction

（未完待整理）

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