光電成像原理

關(guān)于光電成像原理第1頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三空間任一點電位：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2頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三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3頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三近軸情況：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4頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三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5頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三三、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)的像點上。2.不含荷質(zhì)比，由零電位的同一點發(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，也就是說各點的橫向放大率與物高無關(guān)。第6頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三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7頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三若則時由軸上點發(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.軸上點的理想聚焦成像：第8頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2.軸外點的理想聚焦成像：由物平面上軸外同一物點發(fā)出的電子，不論其初始斜率如何，都會聚在同一點第9頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三像點坐標(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10頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三第11頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三§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12頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三一、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13頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三3.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14頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三單透鏡是會聚透鏡。（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15頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三二、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16頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三3.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17頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三（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18頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三三、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19頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三3.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20頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三四、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21頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2.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22頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三3.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23頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三§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；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24頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三二、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25頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三1.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26頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三2.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27頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三三、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28頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三第29頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三第30頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三Anelectrongun(alsocalledelectronemitter)isanelectricalcomponentthatproducesanelectronbeamthathasaprecisekineticenergyandismostoftenusedintelevisionsandmonitorswhichusecathoderaytubetechnology,aswellasinotherinstruments,suchaselectronmicroscopesandparticleaccelerators.Electrongunsmaybeclassifiedinseveralways:bythetypeofelectricfieldgeneration,byemissionmechanism(thermionic,photocathode,coldemission,plasmasource),byfocusing(pureelectrostaticorwithmagneticfields),orbythenumberofelectrodes.Electrongun第31頁，講稿共33頁，2023年5月2日，星期三Mostcolorcathoderaytubes—suchasthoseusedincolortelevisions—incorporatethreeelectronguns,eachoneproducingadifferentstreamofelectrons.Eachstreamtravelsthroughashadowmaskwheretheelectronswillimpingeuponeitherared,greenorbluephosphortolightupaco