正文
CL
发光是最常见的
CL
形式，指发射的光子与激发电子之间没有固定的相位关系。这种发光类型的特点还在于，电子扩散可以增强其相互作用体积，在这种情况下，
CL
会呈现为
带边、本征缺陷或掺杂诱导的非本征缺陷发射
。
与非相干现象不同，相干
CL
发光指的是入射电子在穿过材料内部时，由于其轨迹变化而导致的电场和磁场变化。这种变化会引起材料的极化，从而通过直接辐射或表面等离子体的激发形式释放出具有固定相位关系的光子。在相干
CL
发射过程中，发射的光子与入射电子呈现出紧密的相位一致性特性。
2.
3
SEM-CL
系统的结构
CL
探测器的探头直接安装于
SEM
的极靴下方，其核心部件为一个由镀铝材料制成的抛物面反射镜。该反射镜的中心设计了一个小孔，允许电子束通过此孔准确击中样品，从而激发样品表面产生的荧光信号
，它可以兼容从深紫外到近红外的大波长范围
。抛物面反射镜将接收到的光信号反射形成平行光束，并引导其进入光谱系统
（
图
5
）
。光谱系统
（
通常是
Czerny-Turner
）
入口处的旋钮可以在
全色模式和单色模式
两种工作模式之间切换。
图
5
(a)
扫描电镜腔室内光收集系统的照片。
(b)
角分辨实验装置的示意图。
在全色模式（全光模式）下，光信号通过一系列反射镜传递，直接到达信号探测器，无需经过任何滤光处理。而在单色模式（单光模式）下，光信号则通过狭缝进入光谱系统。基于不同波长的光在衍射光栅中的折射角不同的特点，衍射光栅能够将混合光分解为不同波长的单一光线。在此之后，经过光栅分离和筛选的特定波长光信号会被引导至信号探测器。
现代
CL
探测器
左图：搭配在赛默飞
Apreo2S
上的
CL
探测器（
Sunny
）
右图：搭配在
TESCAN
扫描电镜
MIRA3 LM
的
CL
探测器，
Sunny
（成像）和
Rainbow
（成像
-
谱分析）两套。北京金竟科技有限责任公司
供图。
2.
4
SEM-CL
系统的采集模式
SEM-CL
系统支持多种采集模式，目前功能较为全面的采集模式有以下几种：
1
成像模式
可以分为
全色成像和单色成像
两种形式。在全色成像模式中，不进行波长的筛选，直接采集样品发光的整体图像，其图像对比度反映了所有波长的总发光强度。而在单色成像模式中，仅采集经过特定波长过滤的发光信号，对应的图像对比度则直接反映该波长下的发光强度。
2
光谱模式
的主要功能是获取单点或特定微区内的波长分辨发光光谱图。在这些光谱图中，横坐标通常表示光的波长或能量，纵坐标则表示发光强度的计数值，能够直接反映不同波长下的发光强度分布情况。
3
光谱成像模式
支持在线扫描和区域扫描。通过扫描，每一个步长位置的波长分辨光谱信息都会被采集下来。这些光谱数据经过处理后可以表现为具有不同对比度的点，从而形成反映样品发光特性的线条或图像。此外，还可以利用假彩色
RGB
渲染手段，
将灰度对比度转换成更为直观的彩色图像形式
。用户能够进一步点击扫描图像中的任意点，查看该点的完整发射光谱。
由于
CCD
和
CMOS
阵列成像技术的进步，
CL
系统可以以快速和敏感的方式进行这种平行的高光谱成像。
4
角度分辨模式
旨在获取样品表面在不同发射角度下的发光特性图像。由于系统中的
CL
信号是通过抛物面反射器收集的，因此结合几何位置关系可以解算出探测器的每一个特定位置对应的发射角度。通过对二维发光图像进行反投影处理，可以得到
样品各个发光位置在角度空间中的分布关系
。参考图
5
(b)
，电子束通过反射器中心的小孔到达样品，并激发
CL
信号，再投射到
CCD
相机上，从而解析抛物面束的三维角度特征。
5
波长和角度同时分辨模式
：
这一模式结合了波长和角度的分辨能力，借助矩形光阑对特定发射角度的光信号进行采集。随后通过光谱分析，能够获得该发射角度范围内的波长分布信息。最终，该模式能够全面提取样品的发光数据，包括整个角度范围内的波长与发射角度的综合分析结果。
3
SEM-CL
在地质矿物学领域的应用
阴极荧光
（
CL
）技术在地质矿物学领域拥有悠久的研究与应用历史，自
20
世纪中期以来，它便成为研究矿物学的关键工具。
CL
系统通过非聚焦冷阴极或热阴极激发矿物样品，获取其发光颜色，从而辅助矿物的识别与分类。该技术尤其在区分光学显微镜（
OM
）难以直接分辨形貌的矿物时表现出色。
例如，
Weiss
等人通过将传统
CL
系统与
OM
结合，对耶哈地区的
陶器进行分类
，从而为当地的考古学调查提供了支持性证据。研究中六块陶器碎片利用
CL
发光颜色被清晰地归类，展示了
CL
颜色在矿物分类中的精密性。
此外，
Götte
等人对石英矿物进行了深入研究，实验揭示了石英颗粒在不同辐照条件下
CL
颜色的演变过程。研究表明，石英的
CL
颜色差异与其缺陷结构密切相关，这一结构受其结晶过程中物理化学条件的显著影响，从而为
追踪石英颗粒的来源
提供了有效方法。
传统
CL
的优势在于其可观测大面积区域，但由于未聚焦的电子束光斑较大，其空间分辨率有限，对精细结构的分析能力也受到一定制约。为突破这一局限，将
CL
与
SEM
相结合，成功提升了
CL
的空间分辨率及微观研究能力。这一整合技术被称为
SEM-CL
，显著增强了对细微区域结构特性的表征效率。
Hamers
等人的研究在
SEM-CL
技术的基础上，进一步结合
BSE
、
EDS
及
EBSD
进行石英微观结构分析。他们以低速剪切变形为研究情境，分析了裂纹、晶粒滑移、晶粒尺寸及取向变化的微观机制，同时提供了变形条件对石英形成影响的新视角。其研究成果展示了大量结合
BSE
影像的伪彩色
RGB-CL
图像，从而将裂纹、金属元素富集，以及晶界物质流动的特性与其区域发光特性关联起来。
具体如图中所示，晶界区域发射蓝光，晶粒内部呈现出橙黄色发光，尽管
BSE
衬度
表明某些晶粒为单一晶体，其内部发光颜色仍存在微妙差异。此外，
EBSD
数据进一步细化了晶界角度特性及晶体取向密度的解析。通过极图的对比，研究者发现表面细化晶粒的织构与内部晶粒几乎没有显著差异。进一步结合
EDS
和
CL
图像对比分析显示，
CL
特定发光带与铝元素的局部浓度增高密切相关。
图
5
(a)
假彩色
RGB
SEM-CL
图像。
(b)
相应的
BSE
图像。
(c)EBSD IPF x
叠加图，标注不同类型的晶界：黑色线：普通晶界（错位
>10
°）；红色线：道斐
孪
晶界（围绕
c
轴
60
°旋转）；绿色线：小角度晶界（
5
°
-10
°）；黄色线：极小角度晶界（
2
°
-5
°）。
(d)
图像上部细晶区域的取向密度图。
(e)
图像其余部分的取向密度图。
