EBSD 模拟¶

EBSD 模拟器 使用动力学理论计算，模拟在扫描电子显微镜 (SEM) 中获得的电子背散射衍射 (EBSD) 花样——菊池花样。它通过蒙特卡罗模拟计算背散射电子 (BSE) 的角度/能量/深度分布，构建晶体的动力学 (布洛赫波) master pattern，并将其投影到当前晶体取向对应的探测器上。也可以载入实验 EBSD 图像并进行指数标定：自动搜索最能解释该图像的取向（实验图像）。

该窗口分为三列。

左侧 : 模拟条件。各选项卡用于选择几何（样品/探测器几何及 3D 视图）、BSE分布（背散射电子分布）以及 叠加层（菊池线及其他标注）。
中间 : 当前晶体取向对应的 EBSD（菊池）花样。其下方的选项卡用于选择 输出参数 和 实验图像。
右侧 : 与取向无关的 master pattern，位于 2D 和 3D 选项卡中。

底部的状态栏显示当前计算的进度及其结果摘要。

键盘与鼠标快捷键¶

中间的 EBSD（菊池）花样视图和右侧的 master pattern 视图响应不同的鼠标操作。

快捷键	操作
`F1`	打开本页在线手册
在花样中心附近左键拖动	倾斜晶体
在花样外侧区域左键拖动	旋转晶体
双击花样	选取光标下的探测器子单元并显示其统计信息
将图像文件拖放到窗口上	作为实验 EBSD 图像载入
在 3D 视图（几何 / master 球面）中左键拖动	旋转视图
在 3D 视图中右键拖动或滚动鼠标滚轮	缩放
`CTRL` + 在 3D 视图中右键双击	切换正交 / 透视投影
在 2D master pattern 上拖动 / 滚轮	平移 / 缩放图像

3D 视图使用 ReciPro 的标准视图导航（已禁用平移）。

→ 参见 21. 键盘与鼠标快捷键，可一览所有窗口。

工作流程¶

按下 构建主花样 会依次执行以下步骤。

蒙特卡罗 BSE 模拟 : 使用当前的晶体组成、密度、加速电压和样品倾斜，在样品内部追踪约 250 万个电子（弹性散射：Mott/NIST 截面；非弹性散射：介电响应模型）。由此得到背散射电子的穿透深度 × 出射方向 × 出射能量的联合分布。
自动范围选择 : 根据该分布，自动设定动力学计算中所用的能量范围（从入射能量到能量损失约第 80 百分位）和深度范围（到穿透深度约第 99 百分位）。
master pattern 构建 : 对每个能量和深度，求解动力学衍射 (布洛赫波) 问题，并按蒙特卡罗分布加权，在方向球面上积分，从而给出每个方向上的背散射衍射强度。结果存储在等面积 (Rosca–Lambert) 网格上。
带加权的探测器投影 : 对当前晶体取向，从 master pattern 中查找每个探测器像素所张方向对应的强度，并绘制为菊池花样，可选地用 BSE 的角度/能量分布加权。

能量范围和深度范围在第 1–2 步中自动设定，但可在构建前手动调整。

几何¶

SEM & 样品条件¶

Energy : 入射束的加速电压 (keV)。
Wavelength : 电子波长，与 Energy 关联。Unit 用于选择 Å 或 nm。
Sample tilt : 样品倾斜角（通常为 −70°）。EBSD 中较大的倾斜可提高背散射电子产额。

EBSD几何¶

探测器（荧光屏）是由像素数和像素尺寸定义的矩形。

尺寸与倾斜 : Tilt 为探测器平面的倾斜角 (°)，Width 和 Height 为探测器的像素数。
分辨率 : 探测器单个像素的物理尺寸 (mm/px)。因此探测器的物理尺寸为 Width × 分辨率乘以 Height × 分辨率。
探测器中心坐标 : 探测器中心相对于束流入射点的位置 X、Y、Z (mm)。Y 和 Z 与倾斜一起决定相机长度；X 为左右方向的偏移。

载入实验图像时，Width 和 Height 会设为图像尺寸，使探测器的一个像素对应图像的一个像素（分辨率 保持不变）。

可在几何选项卡的 3D 视图中查看几何。

灰色板为样品，绿色矩形板为探测器，紫色的 +Z (=beam) 为入射束。同时显示晶体 a / b / c 轴（固定于样品）。按钮 鸟瞰视图、表面法向、X轴（旋转轴） 和 Z轴（射束方向） 可将视图对齐到标准方向。坐标系定义参见附录 A1. 坐标系。

BSE 分布¶

BSE分布 选项卡显示蒙特卡罗背散射电子分布。使用模拟重新计算它们。

Stereonet : 背散射电子的角度分布（出射方向的直方图）。中心为表面法线方向，黄色轮廓标出探测器所张的矩形区域。绘制坐标轴 叠加晶轴，色阶（Min / Max、Resolution、颜色）可调。
ΔE (keV) : 背散射电子的能量损失分布。
深度 (nm) : 被探测到的背散射电子最后一次发生非弹性散射的深度分布——与对 master pattern 加权时所用的深度定义相同。

这些分布由与电子轨迹相同的蒙特卡罗引擎计算，用于对 master pattern 加权。

叠加层¶

叠加层 选项卡用于配置绘制在 EBSD 花样上的标注。

Background color : 背景颜色。
探测器轮廓 : 探测器轮廓。显示边框（探测器边缘的黄色矩形）/ 显示网格（分割网格）。
显示菊池线 : 绘制菊池线。线宽 / 颜色，以及 将结构因子应用于菊池线强度（各条线按其结构因子比例向背景色淡出）。
菊池线判据 : 选择绘制哪些菊池线：结构因子（按结构因子排名 Top N 的）或 1/d 截止（1/d 低于阈值的，nm⁻¹）。
显示菊池线指数 : 显示菊池线（带）的指数。
显示晶带轴指数 : 显示晶带轴指数。
文字设置 : 指数标签的 文字大小 / 颜色。

Master pattern¶

master pattern 是所有方向上的背散射衍射强度，由动力学理论通过 构建主花样 预先计算（停止可中断正在进行的计算）。

2D 选项卡 : 半球的等面积 (Lambert) 投影。半球选择投影的半球 (+Z / −Z)。
3D 选项卡 : 将强度映射到其上的球面。可用鼠标旋转，右上角的插图显示同步的晶轴 (a/b/c)。坐标轴标签 / 坐标轴箭头 切换标签/箭头，沿轴观察 沿旁边输入的晶带轴 [u v w] 俯视。
Energy / Depth 滑块 : 选择要预览的能量/深度切片。
任一视图都可用复制发送到剪贴板。

动力学模拟参数¶

Number of diffracted waves : 布洛赫波计算中纳入的衍射束（波）数量。波数越多越精确，但越慢。
网格 : master pattern 网格的分辨率（默认 256）。
Energy from … to … with step of … : 积分的能量范围和步长 (keV)；由蒙特卡罗结果自动设定。
Thickness from … to … with step of … : 积分的深度范围和步长 (nm)；同样自动设定。
使用非局域吸收模型 : 使用非局域吸收形式。
包含 TDS 背景 : 纳入热漫散射 (TDS) 背景。

EBSD 花样¶

中间面板显示当前晶体取向对应的 EBSD（菊池带）花样。花样上方的工具栏控制绘制内容和复制方式。

动力学EBSD : 将构建好的 master pattern 投影到探测器上；取消勾选时仅保留背景。
叠加层 : 绘制在 叠加层 选项卡中设置的菊池线、指数和探测器轮廓。
实验图像 : 叠加已载入的实验图像（见下文）。
左右翻转 : 将花样及其全部叠加层左右镜像。取消勾选（默认）时为从探测器看向样品的方向，即 EBSD 相机记录到的图像；仅当您的实验图像左右相反时才勾选。
Resolution（mm/px）和 Size (W×H)（px）: 显示视图的分辨率与尺寸。
复制 : 按旁边选择的范围与格式，将花样复制到剪贴板。
当前视图 复制当前显示的范围（保持平移与缩放）；探测器 仅复制探测器区域，此时不含黄色边框，图像正好在探测器边缘处结束。
emf 复制为增强型图元文件，菊池线和指数标签保持矢量；bmp 则将全部内容栅格化。
匹配探测器分辨率 以图像 1 像素 = 探测器 1 像素复制（长边限制为 4096 px）。取消勾选时使用屏幕分辨率。

输出参数¶

显示带BSE角度/能量分布的图像 : 勾选时，花样通过用 BSE 分布（能量、深度、方向）加权合成，而非使用单一切片。
Energy / Depth : 关闭上述选项时，选择要显示的能量/深度切片。
亮度（最小 / 最大）、极性、颜色 : 亮度范围、极性和色阶。

实验图像¶

将 EBSD 图像文件（TIFF、PNG、BMP 或 JPEG；16 位 TIFF 以完整位深读取）拖放到窗口的任意位置，即可作为实验花样载入。图像绘制在探测器区域上——位于模拟花样之上、菊池线叠加层之下——因此可以直接比较模拟与实测。载入时还会把探测器的 Width 和 Height 设为图像尺寸。

亮度（最小 / 最大）: 叠加的实验图像的黑点与白点，以其自身强度范围的比例给出（滑块为对数）。仅作用于实验图像，不影响模拟花样。
不透明度 : 叠加的实验图像的不透明度，从 0（不可见）到 100 %（不透明）。调低即可看到下方的模拟花样。

随后可用两种引擎之一搜索解释该图像的取向。

Radon 搜索 : 将运动学菊池带模板与实验图像的 Radon（直线检测）图进行匹配。无需 master pattern 即可工作；若已有 master pattern，则用与模拟花样之间的 robust ZNCC（零均值归一化互相关）对候选重新排序。
字典搜索 : 由动力学 master pattern 生成所有取向的字典花样，并全部用 robust ZNCC 比较。需要 master pattern 且耗时数秒，但比 Radon 搜索更可靠。

搜索取向候选 运行所选引擎，按优劣顺序列出最多 10 个候选；若已有 master pattern，最佳候选会精修到 ±0.25°。各列含义如下：

列	含义
#	排名（0 为最佳）
Score	Radon 带证据的 z 值
Bands	匹配的带数 / 视场内预测的带数
ZNCC	与模拟花样的相关性
Strong bands (hkl)	匹配带的指数（仅 Radon 搜索）

单击某一行即可将该取向应用到整个程序，模拟花样会重新绘制在实验图像之上，其他窗口的晶体取向也随之改变。

校准几何 将探测器几何（花样中心 PC 与探测器距离 DD）与取向交替优化，使模拟花样与实验花样的 ZNCC 最大化。该功能需要 master pattern，探测器倾斜保持固定，结果会写回 探测器中心坐标 的 X/Y/Z 输入框。由于 SEM 的束流扫描只会使花样中心移动不到 1 mm，通常在实验开始时校准一次即可用于整个图像序列。

另请参见¶

电子轨迹 — 用于角度/能量/深度加权的蒙特卡罗电子轨迹 / BSE 模拟。
衍射模拟器 — 动力学 (布洛赫波) 电子衍射。
附录 A1. 坐标系 — 样品/探测器坐标系的定义。