Електронна оптика електростатичних полів». Розподіл потенціалу в аксиально-симетричному електричному полі, страница 6

Як видно на мал. 3.4,б одиночна лінза має збиральні і розсіювальні області  Однак, як  і в імерсійній лінзі, швидкість електронів виявляється більше в  областях, що розсіюють, у результаті чого збиральна дія переважає й оптична сила одиночної лінзи завжди позитивна.

Оптичні параметри одиночної лінзи сильно залежать від відношення потенціалів внутрішнього і зовнішнього електродів U₂/U₁. Чим більше це відношення відрізняється від одиниці, тим "сильніше" лінза. При U₂/U₁=1 оптична сила одиночної лінзи дорівнює нулю. Оскільки по обидві сторони від одиночної лінзи лежать області рівного потенціалу, фокусні відстані в просторах об'єктів і зображення рівні. Головні площини одиночної лінзи також перехрещені, але на відміну від імерсійної лінзи головні площини симетричної лінзи розташовані на однаковій відстані від середньої площини.

Положення фокусів і головних площин одиночної лінзи можуть бути визначені по загальних формулах. Оскільки аналітичні вираження для розподілу потенціалу уздовж осі одиночної лінзи виходять занадто складними, при розрахунку широко застосовують наближені вираження для осьового розподілу потенціалу і фокусної відстані.

Для симетричної одиночної лінзи, утвореної трьома діафрагмами з радіусами отворів R1 (крайніх електродів) і R2 (середні діафрагми), за умови, що відстань між діафрагмами d не менше радіусів отворів Rl, R2, потенціал у центрі лінзи й у центрах отворів крайніх електродів може бути представлений наближеними вираженнями:

(3.7)

Вираження   (3.7)   зручні  тим,    що  відношення   з достатньою для практичних цілей ступенем точності визначає фокусну відстань симетричної одиночної лінзи, утвореної трьома діафрагмами:

                                     (3.8)

Задовільний збіг експериментально визначеної фокусної відстані одиночної лінзи, що складається з трьох діафрагм із величиною f, розрахованої по формулі (3.8), виходить при f > d, тобто для порівняно слабких лінз. Очевидно, вимога f>d приводить до x>0.2, що звичайно і вважають критерієм застосовності формули (3.8).

З наближених виражень випливає, що одиночна лінза завжди є збиральною тому, що оптична сила завжди позитивна не залежно від різниці потенціалів (квадратичний ступінь).

1.7   Імерсійний об’єктив

Під імерсійним об'єктивом, який іноді називають також катодною лінзою, розуміється комбінація електронної лінзи з джерелом електронів - катодом. Якщо наприклад, перед катодом К, що має плоску  поверхню, що емітує, помістити діафрагму  А (анод) і подати на цю діафрагму позитивний щодо катода потенціал (мал.3.5), то ми одержимо найпростіший імерсійний об'єктив. При цьому з приведеного на тому ж малюнку розподілу потенціалу уздовж осі симетрії об'єктива  можна переконатися, що в даному випадку він буде діяти  як розсіювальна лінза.

У випадку, якщо потрібно, навпаки, сфокусувати електронний пучок, необхідно між анодом і катодом помістити ще одну діафрагму, що називається модулятором і має невеликий від’ємний щодо катода потенціал. Такий імерсійний об'єктив представлений на мал.3.6, де показані також розподіл потенціалу уздовж його осі симетрії й оптичний еквівалент такої лінзи, що випливає з цього розподілу. Очевидно, що поле в області діафрагми модулятора М буде фокусувати електронний пучок, поле ж в області анодної діафрагми А буде розсіювати. Однак загальна дія такого імерсійного об'єктива буде  збиральною, тому що в першій області швидкості електронів, що емітує катод, значно менше швидкостей, що набираються ними в поле лінзи при підході до розсіювальної області поля об'єктива.

Оптичну силу імерсійного об'єктива можна змінювати, змінюючи співвідношення потенціалів утворюючих його електродів. При цьому вона буде рости з ростом відношення анодної напруги до абсолютної величини напруги на модуляторі і зменшенням відстані між цими електродами.