Електронна оптика електростатичних полів». Розподіл потенціалу в аксиально-симетричному електричному полі, страница 9

Рис.2.4. Траекторія руху кількох електронів у полі лінзи.

Рис.2.5. Траекторія руху кількох електронів з ненульовими кутами влету.

З рис.2.4. видно,що якщо змінювати точку вльоту електрона при нульовому куті вльоту, фокус буде незмінним. Це пояснюється тим, що залежно від точки вльоту, на електрон діє сила, яка пропорційна відстані від осі z. Тобто, чим далі електрон влітає від осі  тим більша радіальна сила на нього діє.

Змінимо кути влету електронів (рис.2.5.) при цьому фокус буде різний для кожного електрона, або відсутній. Це пояснюється тим, що електрони, які влітають під деяким кутом, зазнають дії відхиляючої сили, завдяки чому траєкторіїї у зоні з однорідним полем будуть не прямими, а відрізками парабол. Траекторії електронів не перетинаються в одній точці. Для  непараксіальних електронів аксіально-симетричне поле не є електронною лінзою.

4) Для збїльшення оптичної сили лінзи D=, тобто зменшення фокусної відстані f зменшимо U₁ та U₂  до 15 В а U₃ збільшимо до 400 В (рис.2.6.) при цьому фокусна відстань буде рівна 5.76 мм. Це пояснюється наступним: по-перше, оптична сила лінзи падає із збільшенням величини швидкості електронів в лінзі, по-друге,  оптична сила зростає із більшенням величини швидкості зміни напруженості поля у напрямку  осі.

Рис.2.6. Збільшення оптичної сили лінзи.

5) Задамо наступні значення потенціалів електродів:U₁=0 В, U₂=U₃=400 В (рис.2.7.). Як видно з рисунку, така зміна потенціалів призвела до зміни конфігурації поля і лінза набула розсіюючу здатність. Як зазначалося раніше, напрям сили, що діє на електрон в області лінзи, визначається знаком другої похідної U₀"(z). У цьому випадку U₀"(z)<0, і траєкторія електрона буде зкривлятися від осі симетрії поля. На електрон діє радіальна сила, яка відштовхує його від осі z.

Рис.2.7. Розсіююча лінза-діафрагма.

2.2.3  Імерсійна лінза.

1) Задамо геометричні параметри та потенціали електродів імерсійної лінзи відповідно до рис.3.

Тип лінзи	Потенціал, В	Координати x,y	Радіус/розмір, мм
Діафрагма	350	0,0	5
Циліндр	350	0,5	20
Циліндр	25	21,5	20
Діафрагма	25	41,0	5

               у

U1=500              U2=25

5 

u_х

15          2             15                       х

Рис.3. Геометричні параметри імерсійної лінзи.

Картина поля для імерсійної лінзи із заданими параметрами () показана на рис.3.1.

Рис. 3.1  Картина поля імерсійної лінзи і розподіл потенціалу в полі імерсійної лінзи

2) Дослідимо траєкторію руху електрона у полі лінзи, для цього задамо параметри влету електрона:  точка влету            3(3 мм.);

кут влету                0 град.

Траєкторію руху єлектрона показано на рис.3.2

Фокусна відстань у цьому випадку дорівнює 31.43  мм.

Як видно з рис 3,2., електрон відхиляється до осі симетрії лінзи, тобто лінза є збираючою, пояснюється це наступним. Імерсійна лінза має дві області: збиральну та розсіювальну. Збиральну область електрон проходить з меншою швидкістю ніж розсіювальну, так як збиральна область лінзи для електрона є гальмуючою, а розсіювальна – прискорює електрони.

У даному випадку електрон потрапляє у прискорювальне поле першого циліндра, а потім у гальмуюче поле другого циліндра. U₀"(z)<0 у полі першого циліндра, то радіальна сила направлена від осі z, U₀"(z)>0 у полі другого циліндра, то радіальна сила напрямлена до осі z. Тобто направлена протилежно направленню r. При цьому траєкторія електрона буде зкривлятися до осі симетрії поля.

Рис.3.2. Траекторія руху електрона в полі імерсійної лінзи.