基本概念與光路設置

透射電子顯微鏡（TEM）的成像系統由三級透鏡組構成，其中物鏡后焦面是衍射譜所在的位置。在該平面上插入可移動的“物鏡光闌”（objective aperture）后，可以人為地限定能夠進入后續透鏡并最終成像的電子束。

明場像（Bright-Field, BF） ：把光闌孔徑對準透射束（000斑點），僅允許透射電子通過，其余衍射束及散射電子被擋掉，由此獲得的像稱為明場像。

暗場像（Dark-Field, DF） ：將光闌孔徑移至任一衍射斑點位置，僅讓該衍射束通過，其余電子束被遮擋，得到的圖像即為暗場像。

中心暗場像（Centered Dark-Field, CDF） ：為降低離軸像差，現代電鏡使用偏轉線圈把選定的衍射束（hkl）精確地折轉到光軸中心，再讓光闌孔徑仍保持原位。這樣得到的圖像既屬于暗場模式，也具備了更高的空間分辨率，習慣上稱“中心暗場像”。

光闌的位置與作用

物鏡光闌位于物鏡后焦面，它既能“過濾”掉不需要的散射電子，減少背景噪聲，又決定了圖像的襯度來源。改變光闌位置即改變成像電子束，從而切換明場與暗場模式。

襯度機制的互補與例外

1. 布拉格條件下的互補關系

在接近理想的雙束條件下（透射束+單一強衍射束），若忽略吸收與多次散射，則透射束強度 I_T 與衍射束強度 I_D 滿足 I_0 ≈ I_T + I_D（I_0為入射束強度）。

明場像中，滿足布拉格條件的區域因衍射強度高而透射強度低，呈現暗襯度；

暗場像中，同一區域因衍射強度高而呈現亮襯度。因此，雙束條件下的明、暗場像襯度近似互補，這也是教科書常見說法的來源。

2. 非理想條件與襯度非互易

當樣品取向偏離雙束條件，或存在多個強衍射束時，衍射花樣呈多束分布。不同衍射束對同一區域的衍射強度差異顯著；明場像的暗區未必在暗場像中全亮，反之亦然。以 Cu-12.7Al 合金馬氏體為例：

明場像（a）顯示若干灰度差異明顯的片層；

衍射花樣（b）揭示兩套疊加斑點，分別對應馬氏體變體；

分別用斑點 A、B 做 CDF（c、d）后，可見不同片層被選擇性點亮；

明場像的功能定位

1. 形貌與晶粒統計

明場像直觀給出樣品厚度、表面起伏、孔洞裂紋等宏觀形貌，且相鄰晶粒因取向差異導致衍射條件不同，呈現灰度差異，可直接用于晶粒尺寸分布統計。金鑒實驗室在進行試驗時，嚴格遵循相關標準操作，確保每一個測試環節都精準無誤地符合標準要求。

2. 缺陷可視化

晶體缺陷（位錯、層錯、孿晶）或局域應變會導致取向微小變化，在明場像中表現為彎曲消光輪廓或條紋，據此可判斷缺陷類型與密度。

3. 第二相識別

基體與第二相通常具有不同晶體結構或取向，衍射條件差異使兩者在明場像中呈現不同襯度，有經驗的研究者可快速評估第二相的形貌、分布與體積分數。

4. 非晶樣品表征

非晶材料缺乏衍射襯度，僅存在質量-厚度襯度，此時明場像仍是觀察顆粒形貌、測量尺寸的唯一手段。

暗場像的獨特優勢

1. 弱襯度結構的增強

當析出相與基體共格或取向差異極小時，明場像中兩者灰度接近，難以分辨。通過暗場像僅讓析出相的衍射束成像，可顯著增強其襯度，實現尺寸、形貌、分布的精準測量。

2. 高應變/細晶結構的統計

塑性變形引入的高密度位錯與取向梯度使晶粒在明場像中邊界模糊。選擇對應衍射束做暗場成像，可把畸變晶粒的衍射信號單獨提取出來，從而更準確地進行晶粒尺寸或織構分析。

3. 缺陷的定向觀察

位錯、層錯等缺陷在不同衍射矢量 g 下的可見性遵循 g·b 判據。通過依次選擇不同衍射束做暗場像，可逐一驗證缺陷的伯格斯矢量或慣習面方向，實現定量缺陷學分析。

結語

明場像與暗場像并非簡單“亮/暗”互換，而是基于衍射物理的兩種互補成像策略：明場像以透射束為主，適合宏觀形貌、缺陷初篩；暗場像以特定衍射束為主，擅長弱襯度結構、精細缺陷及晶體學參數的定向提取。