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關(guān)于光電成像原理第一頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日空間任一點(diǎn)電位:一、軸對稱場的冪級數(shù)表示形式:任何靜電場均滿足拉普拉斯方程:軸對稱場:第二頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日電位可展開為冪級數(shù),且只存在偶次冪項:已知軸上電位分布,可唯一地完全決定空間電位分布?!S上電位分布謝爾赤(Scherzer)公式第三頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日近軸情況:二、近軸區(qū)電場對電子的作用力:電場對電子在兩個方向上的作用力:場強(qiáng)分量:第四頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日電子軸向受力分析電子所受軸向力的與成正比,與無關(guān)::電子在方向被加速;:電子在方向被減速;電子徑向受力分析電子所受徑向力的大小與及成正比;受力方向由的符號決定::為無場空間,電子勻速漂移。徑向力方向指向?qū)ΨQ軸,電子受到會聚作用;:徑向力方向背離對稱軸,電子受到發(fā)散作用。:第五頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日三、旋轉(zhuǎn)對稱靜電磁場的聚焦成像性能電子運(yùn)動的近軸(高斯)軌跡方程:性質(zhì)1.若軸上電位分布已知,就可求得整個近軸空間的軌跡。高斯光學(xué):研究高斯軌跡理想成像規(guī)律的理論。高斯光學(xué)理想成像性質(zhì):1.從物平面上發(fā)出的所有電子,通過場的作用,能夠在像平面上會聚于相應(yīng)的像點(diǎn)上。2.不含荷質(zhì)比,由零電位的同一點(diǎn)發(fā)出的電子,不論其質(zhì)量與電量如何,在近軸場內(nèi)軌跡相同。2.像和物的幾何形狀相似,也就是說各點(diǎn)的橫向放大率與物高無關(guān)。第六頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日高斯軌跡理想成像的證明:其通解:初始條件:離對稱軸單位距離的平行入射的電子軌跡軸上發(fā)出與軸成角入射的電子軌跡電子近軸軌跡的表達(dá)式:第七頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日若則時由軸上點(diǎn)發(fā)出的所有電子,不論其初始斜率如何,都將會聚在軸上處。1.軸上點(diǎn)的理想聚焦成像:第八頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日2.軸外點(diǎn)的理想聚焦成像:由物平面上軸外同一物點(diǎn)發(fā)出的電子,不論其初始斜率如何,都會聚在同一點(diǎn)第九頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日像點(diǎn)坐標(biāo):高斯像面,是物平面的共軛像面。平面:——電子光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大率第十頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日第十一頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日§5.4電子透鏡電子透鏡:能使電子流聚焦成像的電子光學(xué)系統(tǒng)。單透鏡膜孔透鏡浸沒透鏡陰極透鏡根據(jù)軸上電位分布情況電子透鏡場空間的劃分:物空間像空間透鏡空間:電子軌跡在場的作用下連續(xù)改變。物空間和像空間:電位不變(等位空間)透鏡空間電子透鏡靜電透鏡磁透鏡復(fù)合透鏡第十二頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日一、單透鏡1.單透鏡軸上電位分布:透鏡兩旁的電位為常數(shù),且數(shù)值相等。類似于單個光學(xué)會聚透鏡2.單透鏡的電極結(jié)構(gòu):由三個電極組成,兩邊電極電位相同第十三頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日3.單透鏡的聚焦特性:(1)會聚作用占優(yōu)勢速度大速度大速度小發(fā)散會聚發(fā)散第十四頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日單透鏡是會聚透鏡。(2)會聚作用占優(yōu)勢速度小速度小速度大會聚發(fā)散會聚第十五頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日二、浸沒透鏡1.浸沒透鏡軸上電位分布:透鏡兩旁電位為常數(shù)但數(shù)值不同類似于光學(xué)中浸沒透鏡2.浸沒透鏡的電極結(jié)構(gòu):兩個(或兩個以上)同軸圓筒(或膜片)組成第十六頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日3.浸沒透鏡聚焦特性分析:(1)會聚作用占優(yōu)勢速度小速度大會聚發(fā)散第十七頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日(2)浸沒透鏡是會聚透鏡浸沒透鏡對電子束不僅起聚焦作用,還可以起加速或減速作用。會聚作用占優(yōu)勢速度大速度小發(fā)散會聚第十八頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日三、膜孔透鏡1.膜孔透鏡軸上電位分布:2.浸沒透鏡的電極結(jié)構(gòu):將一個帶孔的膜片插入平板電容器中間透鏡兩旁電位不是常數(shù),隨變化第十九頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日3.膜孔透鏡聚焦特性分析:會聚透鏡(1)發(fā)散透鏡(2)浸沒透鏡可以是會聚的,也可以是發(fā)散的第二十頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日四、陰極透鏡(浸沒物鏡)1.陰極透鏡軸上電位分布:透鏡場為加速電場,陰極浸沒場中透鏡在陰極表面建立加速電場,電子一離開陰極就受到場的作用。透鏡的加速電場直接和物毗連(一般以陰極作為物),即物浸沒在透鏡電場內(nèi)。第二十一頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日2.陰極透鏡的電極結(jié)構(gòu)一般由陰極、調(diào)制極膜片、陽極膜片組成陰極:發(fā)射電子調(diào)制極:控制電子發(fā)射可正可負(fù)(一般為負(fù))陽極:加速電子第二十二頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日3.陰極透鏡聚焦特性分析:大部分區(qū)域,陰極透鏡為會聚透鏡第二十三頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日§5.6電子槍簡介電子槍:由多個電子透鏡組成的電子光學(xué)系統(tǒng)。用來產(chǎn)生可控并具有一定電流密度、一定形狀、往一定方向投射的聚焦電子束。一、電子槍的功能要求1.將陰極發(fā)射的電子流聚成細(xì)束,投射至熒光屏上形成足夠小的光點(diǎn);2.電子束應(yīng)舉有足夠的電流,足夠高的速度,從而在屏上得到足夠的亮度;3.束電流應(yīng)能被方便地控制,從而方便地改變屏上光點(diǎn)的亮度。強(qiáng)流電子槍(束電流幾十毫安~幾安)細(xì)束電子槍(束電流1~500微安)電子槍第二十四頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日二、電子槍的結(jié)構(gòu)與分類:第一透鏡(發(fā)射系統(tǒng),預(yù)透鏡)第二透鏡(主聚焦系統(tǒng),主透鏡)結(jié)構(gòu)第二十五頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日1.第一透鏡(發(fā)射系統(tǒng))發(fā)射電子并初步聚焦。四電極結(jié)構(gòu)預(yù)聚焦透鏡—弱會聚透鏡,改善邊緣分辨力,提高像質(zhì)。三電極結(jié)構(gòu)陽極—使電子獲得動能調(diào)制極—控制電子束電流密度陰極—電子發(fā)射源(陰極透鏡)第二十六頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日2.第二透鏡(主聚焦系統(tǒng),主透鏡)將發(fā)射系統(tǒng)出射的電子束聚焦成像型:磁聚焦,磁偏轉(zhuǎn)型:靜電聚焦,靜電偏轉(zhuǎn)型:磁聚焦,靜電偏轉(zhuǎn)型:靜電聚焦,磁偏轉(zhuǎn)第二十七頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日三、電子槍工作原理不能控制電流,陰極電流飽和截止?fàn)顟B(tài)陰極電流可控第二十八頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日第二十九頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日第三十頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日Anelectrongun(alsocalledelectronemitter)isanelectricalcomponentthatproducesanelectronbeamthathasaprecisekineticenergyandismostoftenusedintelevisionsandmonitorswhichusecathoderaytubetechnology,aswellasinotherinstruments,suchaselectronmicroscopesandparticleaccelerators.Electrongunsmaybeclassifiedinseveralways:bythetypeofelectricfieldgeneration,byemissionmechanism(thermionic,photocathode,coldemission,plasmasource),byfocusing(pureelectrostaticorwithmagneticfields),orbythenumberofelectrodes.Electrongun第三十一頁,共三十三頁,編輯于2023年,星期日Mostcolorcathoderaytubes—suchasthoseusedincolortelevisions—incorporatethreeelectronguns,eachoneproducingadifferentstreamofelectrons.Eachstreamtravelsthroughashadowmaskwheretheelectronswillimpingeuponeitherared,greenorbluephosphortolightupaco

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