光電成像原理.ppt

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1、§5.2軸對(duì)稱電場(chǎng)（旋轉(zhuǎn)對(duì)稱電場(chǎng)）空間任一點(diǎn)電位：一、軸對(duì)稱場(chǎng)的冪級(jí)數(shù)表示形式：任何靜電場(chǎng)均滿足拉普拉斯方程：軸對(duì)稱場(chǎng)：電位可展開為冪級(jí)數(shù)，且只存在偶次冪項(xiàng)：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）公式近軸情況：二、近軸區(qū)電場(chǎng)對(duì)電子的作用力：電場(chǎng)對(duì)電子在兩個(gè)方向上的作用力：場(chǎng)強(qiáng)分量：電子軸向受力分析電子所受軸向力的與成正比，與無(wú)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(hào)決定：：為無(wú)場(chǎng)空間，電子勻速漂移。徑向力方向指向?qū)ΨQ軸，電子受到會(huì)聚作用

2、；:徑向力方向背離對(duì)稱軸，電子受到發(fā)散作用。:三、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱靜電磁場(chǎng)的聚焦成像性能電子運(yùn)動(dòng)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(gè)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(guò)場(chǎng)的作用，能夠在像平面上會(huì)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(chǎng)內(nèi)軌跡相同。2.像和物的幾何形狀相似，也就是說(shuō)各點(diǎn)的橫向放大率與物高無(wú)關(guān)。高斯軌跡理想成像的證明：其通解:初始條件：離對(duì)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

3、子軌跡電子近軸軌跡的表達(dá)式:若則時(shí)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(huì)聚在軸上處。1.軸上點(diǎn)的理想聚焦成像：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(huì)聚在同一點(diǎn)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§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(chǎng)空間的劃分：物空間像空間透鏡空間：電子軌跡在場(chǎng)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)合透鏡一、單透鏡1

4、.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(gè)光學(xué)會(huì)聚透鏡2.單透鏡的電極結(jié)構(gòu)：由三個(gè)電極組成，兩邊電極電位相同3.單透鏡的聚焦特性：（1）會(huì)聚作用占優(yōu)勢(shì)速度大速度大速度小發(fā)散會(huì)聚發(fā)散單透鏡是會(huì)聚透鏡。（2）會(huì)聚作用占優(yōu)勢(shì)速度小速度小速度大會(huì)聚發(fā)散會(huì)聚二、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(gè)（或兩個(gè)以上）同軸圓筒（或膜片）組成3.浸沒透鏡聚焦特性分析：（1）會(huì)聚作用占優(yōu)勢(shì)速度小速度大會(huì)聚發(fā)散（2）浸沒透鏡是會(huì)聚透鏡浸沒透鏡對(duì)電子束不僅起聚焦作用，還可以起加速或減

5、速作用。會(huì)聚作用占優(yōu)勢(shì)速度大速度小發(fā)散會(huì)聚三、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(gè)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3.膜孔透鏡聚焦特性分析：會(huì)聚透鏡（1）發(fā)散透鏡（2）浸沒透鏡可以是會(huì)聚的，也可以是發(fā)散的四、陰極透鏡（浸沒物鏡）1.陰極透鏡軸上電位分布：透鏡場(chǎng)為加速電場(chǎng)，陰極浸沒場(chǎng)中透鏡在陰極表面建立加速電場(chǎng)，電子一離開陰極就受到場(chǎng)的作用。透鏡的加速電場(chǎng)直接和物毗連（一般以陰極作為物），即物浸沒在透鏡電場(chǎng)內(nèi)。2.陰極透鏡的電極結(jié)構(gòu)一般由陰極、調(diào)制極膜片、陽(yáng)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

6、可負(fù)（一般為負(fù)）陽(yáng)極：加速電子3.陰極透鏡聚焦特性分析：大部分區(qū)域，陰極透鏡為會(huì)聚透鏡§5.6電子槍簡(jiǎn)介電子槍：由多個(gè)電子透鏡組成的電子光學(xué)系統(tǒng)。用來(lái)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

7、（主聚焦系統(tǒng)，主透鏡）結(jié)構(gòu)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(huì)聚透鏡，改善邊緣分辨力，提高像質(zhì)。三電極結(jié)構(gòu)陽(yáng)極—使電子獲得動(dòng)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）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)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Anelectrongun(alsocalledelectronemitter)isanelectricalcomponentthatpr

8、oducesanelectronbeamthathasaprecisekinet