Електронно-променеві прилади
Електронно-променеві прилади
Електронно-променевими приладами, як правило, називають електровакуумні прилади, дія яких заснована на формуванні та керуванні напрямом й інтенсивністю електронних пучків.
В загальному випадку складаються з:
-електронного прожектора (гармати);
-відхиляючої системи;
-екрану;
-мішені. Розділяються на:
-прилади перетворення електричних сигналів в оптичні;
-прилади перетворення оптичних сигналів в електричні;
-прилади збереження та зчитування записаної інформації;
-прилади перетворення оптичного зображення по яскравості та спектральному складу.
Електронно-променеві прилади Основи електронної оптики
|
|
y |
|
|
; |
|
|
y2 |
|
2 |
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
x2 |
y1 |
|
|
|
x |
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
|
|
U1 |
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
2 |
|
Рис. – Заломлення електронного променя
1 sin = 2 sin .
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2e |
U2 . |
|
|
2e |
U |
|
2 |
||||
|
|
|||||||
|
|
|||||||
|
|
m |
1 |
|
m |
|||
2me U1 sin 
2me U2 sin
sin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
2 |
|
|
. |
||
|
|
|
|
|
||||
sin |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
||||||
|
|
U1 |
||||||
Будь-яке аксіально-симетричне електричне або магнітне поле є лінзою. Електричне поле створюється електродами, на яких підтримується
необхідний потенціал.
Магнітне поле створюється котушками зі струмом, часто оточених феромагнітними матеріалами, та постійними магнітами.
Класифікація магнітних лінз:
-довгі та короткі;
-виготовлені із звичайних соленоїдів, з надпровідникових матеріалів, постійних магнітів;
-можуть знаходитись в насиченому або в ненасиченому станах (для феромагнітних матеріалів).
Класифікація електростатичних лінз:
-однопотенційні лінзи, що мають однакові постійні потенціали в просторі об'єктів зображень;
-імерсійні лінзи, що мають різні постійні потенціали на різних боках ;
-одноапертурні лінзи з однорідним полем хоча б з одного боку;
-катодні лінзи, у яких поле різко спадає на джерелі заряджених частинок;
-лінзи з фольг та тонких металевих плівок, прозорі для частинок та забезпечують розриви в розподілі поля;
-лінзи уповільнення та прискорення, при нерівності потенціалів з обох боків, до них відносять і лінзи дзеркала;
-квадрупольні та мультиполні лінзи, у яких поле залежить від 2-х поперечних координат, а не від повздовжньої.
Лінза – діафрагма з круглим отвором Лінза – діафрагма є областю неоднорідного електростатичного поля
поблизу діафрагми-отвору. Утворюється двома паралельними електродами (однорідними полями) з потенціалами U1 та U2 між якими
розташований третій електрод з отвором - діафрагмою радіусом R і потенціалом Uд. Є елементом більш складних систем.
Рис. Електростатична лінза- діафрагма з круглим отвором (збиральна): 1 - електрод- діафрагма; 2 - еквіпотенціальні поверхні; 3 - траєкторії електронів; F - фокус лінзи.
Якщо R значно менший за відстані між діафрагмою та зовнішніми електродами (d1 та d2) – поля між
діафрагмами і електродами є однорідними.
При умові :
(Uд – U1 )/d1 (Uд – U2 )/d2 ,
в області діафрагми формується неоднорідне поле, яке і утворює лінзу.
В залежності від напрямку руху електрона лінза може бути збиральною або розсіювальною.
Поодинока лінза Поодинока лінза – це область аксіально-симетричного
електростатичного поля, у якого електронно-оптичні показники заломлення і,
відповідно, потенціали ліворуч та праворуч від лінзи рівні між собою та постійні.
Утворюється комбінацією з трьох коаксіальних циліндричних або діафрагм – електродів.
Поодинока лінза завжди є збиральною та симетричною (F1=F2). Електрони
проходять область фокусування з меншими швидкостями ніж розсіювальну.
Як правило, U1 U2 , але в загальному випадку U1 U2.
Формує зображення не змінюючи енергію електронного пучка.
Рис. Електростатична поодинока електронна лінза: 1 - зовнішні електроди; 2-внутрішній електрод; 3-седлова точка; 4- траєкторія електрона; V1, V2- потенціали електродів.
Імерсійна лінза Імерсійна лінза – є неоднорідним аксіально-симетричним полем -
лінзою у якого електронно-оптичні показники заломлення і, відповідно,
потенціали ліворуч і праворуч постійні, але не рівні. Утворюється комбінацією двох діафрагм або циліндрів.
Завжди U1 U2 !
Імерсійна лінза завжди є збиральною та несиметричною (F1 F2).
=
Формує зображення змінюючи енергію електронного пучка.
Рис. Електростатичні імерсійні лінзи, що складаються з двох діафрагм (а) і двох циліндрів (б).
Імерсійний об’єктив (катодна лінза)
Імерсійний об’єктив – є неоднорідним аксіально-симетричним полем у
якого електронно-оптичні показники заломлення і, відповідно, потенціали
ліворуч і праворуч не рівні.
Утворюється комбінацією джерела електронів (катоду) з електронною лінзою – діафрагмою або імерсійною.
Імерсійний об’єктив, що складається з катоду і аноду (діафрагми) не здатен фокусувати електронні пучки тому між ними розміщують фокусувальний електрод (модулятор) або застосовують фокусувальне магнітне поле.
Оптичну силу імерсійного об’єктива можна змінювати змінюючи співвідношення потенціалів на електродах.
Рис. Електростатична катодна електрона лінза: 1-катод; 2 - фокусувальний електрод; 3 - анод.
Довга магнітна лінза
Довга магнітна лінза є однорідним магнітним полем, що утворюється за допомогою довгого соленоїда (котушки) довжина якого набагато перевищує його діаметр.
З кожної точки емітера буде виходити пучок спіральних ліній, що мають різні радіуси, але однаковий крок. Всі електрони, що вийшли з т. О1, пройдуть скрізь
точку О2. Точка О2 є електронно-оптичним зображенням О1.
с=vz02 – циклотронна довжина хвилі,
= В – циклотронна частота.
Рис. Траєкторія електронів в однорідному магнітному полі: а) геометрія орбіт електронів; б) траєкторія електронів уздовж вісі соленоїда.