Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Моделирование систем параксиальной электронной оптики. Учебное пособие
.pdf
51
А.3. Модуль расчета электростатического поля «Field_E»
В данном модуле реализован метод граничных элементов (МГЭ)
решения внешней задачи Дирихле. В отличие от внутренней задачи
Дирихле дает возможность моделирования ЭОС, конструкции которых
сильно приближены к реальным [13].
В модуле вычисления функции распределения потенциала
«Field» возможно: модифицировать электроды, задать нужный
масштаб конструкции, произвести вычисление массива значений
нормальной производной потенциала на границе области, который
используется затем для расчета траекторий заряженных частиц в
электростатическом поле с выбранной точностью (110). После
вычисления нормальных производных возможен расчет потенциала в
любой точке пространства или расчет распределения потенциала в
выбранной области. Массив потенциалов в последнем случае
используется для моделирования траекторий заряженных частиц в
переменном электрическом поле.
При нажатии кнопки «Field_E» главного меню программы
«ФОКУС», рисунок А.1, открывается диалоговое окно открытия
файлов. В открывшемся диалоговом окне выбираем необходимый
документ (конструкцию) с расширением файла (*.eos), после чего
открывается окно модуля «Field_E».
Рассмотрим главное меню модуля «Field_E», рисунок А.7.
Рисунок А.7 – Главное меню модуля «Field_E»
1. Modify – изменение конструкции ЭОС с помощью ввода
параметров отрезков, образующих электроды, с клавиатуры.
Рисунок А.8 – «Modify Segment»
Если нужно изменить
конструкцию ЭОС по каким-либо
причинам, можно
воспользоваться функцией
«Modify» в модуле «Field_E», не
заходя снова в модуль «Design».
При нажатии кнопки «Modify» в
левой части окна модуля
открывается панель под
названием «Modify Segment»,
рисунок А.8.
52
2. Scale – изменяет масштаб. Используется лишь в случае
последующего анализа систем с переменным электрическим полем.
При нажатии кнопки «Scale» в окне модуля появляются 3
ползунка, как показано на рисунке А.9: один ползунок по оси «», два
других по оси «».
Рисунок А.9 – Ползунки масштаба и перемещения ЭОС
Ползунок 1 позволяет изменить масштаб по оси . Ползунок 2
позволяет изменить масштаб по оси . Ползунок 3 позволяет
перемещать ЭОС вдоль оси .
3. Compute_matrix – вычисляет массив нормальных
производных на границе области. Вычисленные здесь коэффициенты
позволяют далее рассчитывать потенциал в любой заданной точке
ЭОС.
После нажатия кнопки «Compute_matrix» в левой части окна
модуля открывается панель под названием «ACCURACY» (точность),
как на рисунке А.10.
Рисунок А.10 – Панель «ACCURACY»
В данной панели
присутствуют 10 флажков
точности
.
Флажок 1 – нормальная
точность, флажок 10 –
отличная точность.
Следует отметить, что
чем лучше (выше) точность,
тем больше затраты времени
на проведение вычислений.
53
Выбрав необходимую точность и нажав клавишу «ОК»,
начинаются вычисления матричных коэффициентов, по окончании
которых открывается панель «POTENTIAL» и предоставляется
возможность расчета потенциала в одной конкретной точке «at Point»,
в множестве точек, т.е. в области с заданными границами и шагом,
«in Points», или функции распределения поля во всей области
«in Domain», рисунок А.11.
Рисунок А.11 – Панель «POTENTIAL»
Для расчета потенциала в точке выбираем «at Point», после
выбора данного пункта в левой части окна под панелью
«POTENTIAL» открывается панель вычисления потенциала в точке,
рисунок А.12.
Рисунок А.12 – Панель вычисления потенциала в точке
Дискретность изменения координат кнопками блока
перемещения маркера равна 0,1; 0,01; 0,001.
Также фиксация координат может осуществляться с помощью
перемещения курсора мыши при нажатой левой клавише в поле ввода
(дискретность перемещения 0,1). При изменении координат
производится автоматическая индикация величины потенциала
«POTENTIAL». В поле ввода появляется перекрестие.
Для расчета потенциала в множестве точек выбираем
«in Points», после выбора данного пункта в левой части окна под
панелью «POTENTIAL» открывается панель задачи координат
границы области точек с шагом по каждой координате, рисунок А.13.
54
Рисунок А.13 – Панель задачи
координат границы области точек
Координаты
и
–
координаты двух первых границ
по осям и ;
координаты
и
–
координаты двух вторых границ
по осям и ;
и – шаги сетки
по каждой координате.
Все значения заносятся с
помощью клавиатуры.
При вводе необходимых координат и нажатии кнопки «ОК»
производится расчет потенциалов точек в узлах сетки разбиения
области, ограниченной заданными координатами
,
,
,
, и закрашивание поля цветом. Каждой точке поля соответствует
определенная величина потенциала – чем больше потенциал, тем
«теплее» цвет, как показано на рисунке А.14.
Рисунок А.14 – Расчет потенциала «in Points»
Для расчета потенциала в области выбираем «in Domain», после
выбора данного пункта в левой части окна под панелью
«POTENTIAL» открывается панель расчета потенциала в области
«in Domain», как на рисунке А.15.
55
Рисунок А.15 – Панель расчета потенциала в области «in Domain»
После нажатия кнопки «ОК» производится вычисление значений
потенциалов в узлах сетки разбиения области и закрашивание поля
вывода цветом в соответствии с рисунком А.16.
Рисунок А.16 – Расчет потенциала в области«in Domain»
Операция закрашивания позволяет визуализировать
распределение поля в ЭОС, а рассчитанные значения потенциалов в
узлах сетки – провести траекторный анализ ЭОС, в том числе с
переменным (динамическим) электрическим полем (Path_D).
4. Print – позволяет напечатать копию экрана.
5. 3D_Plot – позволяет получить трехмерное изображение
картины электростатического поля сечения ЭОС.
56
А.4. Модуль моделирования траекторий заряженных частиц
в электростатическом поле «Path S»
Модуль предоставляет возможность провести вычисления
траекторий положительно заряженных частиц с начальной энергией
«Energy» и эмитируемых или точечным источником «Pointed», или
протяженным источником «Continued» в заданном диапазоне углов
«Angle».
Модуль дает возможность распечатки результатов расчетов в
графическом и цифровом виде.
При нажатии кнопки «Path S» главного меню программы
«ФОКУС», рисунок А.1, открывается диалоговое окно открытия
файлов. В открывшемся диалоговом окне выбираем необходимый
документ (конструкцию) с расширением файла (*.eos), после чего
открывается окно модуля «Path S».
1. Главное меню модуля «Path S»
Рисунок А.17 – Главное меню модуля «Path S»
1) Compute – вычисляет множество траекторий частиц с
энергией Е, вылетающих из источника с координатами X, Y в
диапазоне начальных углов Angle [Beg, End].
2) Scale – производит масштабирование конструкции ЭОС.
Данная опция дает возможность уменьшить размеры ЭОС по осям X и
Y по отношению к габаритам окна вывода графической информации.
Необходимость опции определяется теми случаями, когда источник
или его изображение находятся вне пределов ЭОС и для их
размещения в поле вывода требуется сжать и/или сдвинуть
конструкцию.
При нажатии кнопки «Scale» появляются 3 ползунка, как и в
модуле «Field_E» на рисунке А.9.
3) Results – показывает результаты вычислений траекторий в
числовом виде. Предоставляются координаты и углы наклона
траекторий в начальных «init» и конечных «final» точках,
рисунок А.18.
57
Рисунок А.18 – Результаты вычислений в численном виде
Здесь:
Mass – масса частицы;
и
– начальная и конечная энергии;
и
– координаты начальной и конечной
точек траектории по отношению к оси абсцисс и ординат
соответственно;
Alpha и Betta – начальный и конечный углы наклона траектории
к оси абсцисс.
В модуле «Results» нажимается кнопка «Focusing» для входа в
модуль определения фокусирующих свойств ЭОС. В программе
реализован оригинальный метод поиска условий пространственной
фокусировки высоких порядков. Для определения порядка
геометрической (пространственной) фокусировки и координаты точки
фокуса необходимо зафиксировать кнопку «Geometrical» и нажать
«Search» (поиск).
2. Блок «Source»
Для задания параметров источника частиц используется блок
«Source» (источник), который показан на рисунке А.19.
Рисунок А.19 – Блок ввода параметров источника частиц «Source»
58
Здесь:
Е – энергия частицы.
При нажатой кнопке «E» расчет проводится для диапазона
энергий
и
. Данная опция используется для анализа функции
пропускания (инструментальной функции) ЭОС.
– координаты начала Beg и конца End источника. Если
координаты начала и конца совпадают, то источник точечный, если
нет, то источник становится протяженным и при проведении
вычислений разбивается на 10 равных частей, каждая из которых
будет являться точечным источником.
Для ввода координат начала источника следует зафиксировать
флажок Beg, конца – End. Ввод координат осуществляется с помощью
перемещения курсора мыши при нажатой левой клавише в поле ввода
(дискретность перемещения 0,1) или с помощью кнопок блока
перемещения маркера с дискретностью: 0,1; 0,01; 0,001.
F – считывание параметров источника из предварительно
созданного файла *.1st. Данный режим используется при анализе
многокаскадных конструкций.
Также данный блок содержит отображение процента прогресса
расчета.
3. Блок ввода углов «Angle»
Для задания начальных углов движения частиц используется
блок ввода углов «Angle», рисунок А.20.
Рисунок А.20 – Блок ввода углов «Angle»
Beg – начальный угол диапазона. Для ввода начального угла
следует зафиксировать флажок «Beg». Ввод величины угла
осуществляется с помощью перемещения курсора мыши при нажатой
левой клавише в поле ввода или с помощью кнопок блока
перемещения маркера с дискретностью: 5о, 1о, 0,5о, 0,1о, 0,01о и 0,001о.
59
End – конечный угол диапазона. Для ввода конечного угла
следует зафиксировать флажок «End». Ввод величины угла
осуществляется аналогично.
Step – шаг изменения угла внутри диапазона [Beg, End].
Величина Step вводится с клавиатуры. Таким образом, будут
последовательно рассчитаны траектории со следующими начальными
углами: Beg, Beg+Step, Beg+2Step, … ,End.
4. Блок «Collector»
В модуле предусмотрена возможность задания положения
коллектора частиц «Collector», рисунок А.21.
Рисунок А.21 – Блок ввода положения коллектора частиц «Collector»
Здесь: – координаты начала Beg и конца End коллектора.
Для ввода координат начала коллектора следует зафиксировать
флажок Beg, конца – End.
60
А.5. Модуль моделирования траекторий заряженных частиц
в переменном электрическом поле «Path D»
Модуль предоставляет возможность провести вычисления
траекторий положительно заряженных частиц в переменном
электрическом поле с начальной энергией «Energy» и эмитируемых
или точечным источником «Pointed», или протяженным источником
«Continued» в заданном диапазоне углов «Angle» и в диапазоне
начальных фаз «Phase».
Имеется возможность расчета траекторий в полях с двумя
типами изменения питающего напряжения – синусоидального и
импульсного (прямоугольного вида с регулируемой скважностью). В
качестве дополнительной возможности предусмотрен режим расчетов
с любой формой питающего напряжения, которая задается средствами
графического редактора.
По окончании расчетов имеется возможность распечатки
результатов в графическом и цифровом виде.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]