Магнитные линзы.

Создаются круглыми магнитными катушками или постоянными магнитами. Фокусировка в них осуществляется за счет сил Лоренца, действующих на заряженную частицу, движущуюся в постоянном магнитном поле. Они являются наиболее эффективными, но обладают более большими габаритными размерами и потребляют большую мощность.

Линза диафрагма.

Образована металлической диафрагмой с отверстием и потенциалом  . С обеих ее сторон примыкают однородные электростатические поля с разным значением градиентов потенциалов, или одной из полей может быть равно нулю. В зависимости от потенциалов электродов бывает как собирающая, так и рассеивающая.

Иммерсионная линза.

         Линза, к которой с обеих сторон примыкают области с различными постоянными потенциалами. Создается из системы из двух соосных электродов. Такая линза имеет две области преломления. Но поскольку скорость электронов, определяемая значением потенциала, оказывается больше в рассеивающей области, следовательно, ее действие на траектории электронов проявляется слабее и линза работает, как собирающая.

       Особенно хотелось бы отметить иммерсионный объектив или катодную линзу. Это иммерсионная линза, в которой ускоряющее электрическое поле непосредственно примыкает к катоду. В простейшем случае катод может быть одним из электродов, а вторым диафрагма (прианодная) с положительным потенциалом – это рассеивающая система. Чтобы получить собирающую систему размещают прикатодную диафрагму, на которую подается небольшой положительный или отрицательный потенциал. Такая система называется – 3-х электродный иммерсионный объектив.

Одиночная линза.

Линза, по обе стороны от которой потенциалы постоянны и равны, обычно создается в виде 3 соосных электродов (диафрагм или цилиндров).

К тому же сила линзы увеличивается с ростом разницы потенциалов крайнего и среднего электродов. Также если система электродов сделана правильно, то электроны на электродах не оседают, следовательно, нет потерь мощности.

Рассмотренные линзы и их комбинации используются в электронном прожекторе.

Электронный прожектор

Электронный прожектор – электронно-оптическое устройство, предназначенное для формирования и управления током неинтенсивного электронного пучка. Электронный прожектор создает пучок электронов с заданными параметрами, такими как  интенсивность, площадь поперечного сечения, угол расходимости пучка, ток и энергию.

Несмотря на различные конструкции электронных прожекторов, существуют обязательные требования, которым должен удовлетворять каждый электронный прожектор.

Требования:

1) Прожектор должен формировать при заданных значениях ускоряющего напряжения и катодного тока электронный пучок  с минимальным размером пятна на экране или мишени. Размеры пятен от   мм.

2) В прожекторе должна быть предусмотрена возможность плавной регулировки тока пучка от нуля до максимального значения, которое соответствует заданным требованиям.

3) Прожектор должен быть достаточно простым по конструкции, экономичным и долговечным.

4) Прожектор должен изготавливаться из материалов с хорошими вакуумными свойствами, допускающими прогрев всей конструкции до достаточно высоких температур при заварке и обезгаживании прибора.

В зависимости от того, какие линзы используются в электронном прожекторе, выделяют различные виды электронных прожекторов. Рассмотрим две типичных конструкции электронных прожекторов.

Прожектор с электростатической фокусировкой

К – катод, М – модулятор, А1 – первый анод, А2 – второй анод, Э – экран

В нем использованы иммерсионная линза(А1 и А2) и иммерсионный объектив. Такой прожектор широко применялся в конструкциях ЭЛП.

Недостатки:

1) Первая и вторая линзы взаимосвязаны, так как А1 одним своим концом формирует поле иммерсионного объектива, а вторым поле иммерсионной линзы. Следовательно, изменение потенциала на А1 одновременно изменяет оптические свойства обеих линз, а так же катодный ток электронного пучка, определяющий яркость свечения.

2) Отсутствие специальных диафрагм, задерживающих вторичные электроны, выбитые из краев диафрагмы. Они ускоряются полем иммерсионной линзы и могут доходить до экрана, на котором создают дополнительную засветку. Следовательно, качество изображения ухудшается.

Указанные недостатки устранены в прожекторе, построенном на основе одиночной линзы.

К – катод, М – модулятор, А1 – первый анод,

 А2 – второй анод, Э – экран, УЭ – ускоряющий электрод

Настройка линзы осуществляется за счет изменения потенциала первого анода. Это изменение не влияет на свойства первой линзы, так как УЭ довольно протяженный, и служит своеобразным электростатическим экраном для первой линзы. В данном прожекторе не нужна дополнительная диафрагма, улавливающая вторичные электроны, так как в области А1 электроны попадают в сильное тормозящее поле и возвращаются обратно на УЭ, с которого были выбиты. Так же с помощью А1 вырезается центральная часть электронного пучка, траектории электронов в ней параллельны (параксиальные электроны).

Такой прожектор применяется во многих осциллографических трубках.

Прожектор с магнитной фокусировкой

Типовая система такого прожектора содержит триодный или тетродный иммерсионный объектив, формирующий кроссовер электронного пучка, и магнитную линзу отображающую кроссовер на экран или мишень. Магнитная линза выполняется в виде короткой панцирной магнитной катушки.

Такие прожекторы обладают высоким качеством фокусировки, это связано с меньшими аберрациями (искажениями) изображения  магнитной линзы по сравнению с электростатической. Чуть позже будут приведены основные виды аберраций. Качество фокусировки во многом зависит от точности изготовления катушки, а разрешающая способность прожектора зависит от точности установки магнитной линзы на горловине баллона прибора.

К  - катод, М – модулятор, А – анод, ГБ – горловина баллона,

МЛ – магнитная линза

Основные недостатки:

1) большой вес и габариты катушек.

2) необходимость применения специального источника электроэнергии для создания требуемого магнитного поля. Следовательно, в эксплуатации магнитные линзы менее экономичные.

3) Сильная зависимость качества фокусировки от колебаний напряжения источника электроэнергии, требующая частой подстройки магнитной линзы, в связи с чем необходимо применять стабилизированные источники питания.

Несмотря на недостатки, высокие оптические параметры таких прожекторов обеспечило им широкое применение в ЭЛП, особенно в радиолокационных индикаторных трубках и электронных микроскопах, а также в электронно-лучевых сварочных установках.

Одним из важнейших параметров, влияющих на качество изображения, получаемое с помощью электростатической или магнитной линзы, является аберрация – искажение изображения.

В электронной оптике выделяют следующие виды аберраций.