中国科学技术大学：《束流光学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 电子透镜

第2章电子透镜 ·2.1电子透镜概述 2.2电子透镜主要参量和传输矩阵、场分布 ·2.3常用静电透镜简介 ·2.4常用磁透镜简介 2.5电子透镜应用举例 本章的研究方法是：首先从共性人手，介绍“透镜”的主要参 量，其得名大半来自于几何光学，并建立这些量与传输矩阵的关系 和与场分布的近似关系.然后逐一介绍各种透镜，每种都大体上分 为几步：定性分析其聚焦特性：不同程度的定量分析一 可能时给 出尽量准确的解析式；必要的讨论.最后以应用举例收尾

2 第2章 电子透镜 • 2.1 电子透镜概述 • 2.2 电子透镜主要参量和传输矩阵、场分布 • 2.3 常用静电透镜简介 • 2.4 常用磁透镜简介 • 2.5 电子透镜应用举例

实空间 O为理想例子 相空间 Ar co0,聚焦元件 Q<0,散焦元件

3 实空间 z r A B C D 相空间 r r' A B C D O O O为理想例子 Q=0,无散焦或者聚焦元件 Q>0,聚焦元件 Q<0,散焦元件

现在我们具体分析电子光学的若干典型聚焦元件.本章只分 析轴对称透镜.示意图都是沿z轴的纵剖面（子午面） 2.1电子透镜概述 电子透镜分为静电透镜和磁透镜两种，又皆可按透镜作用范 围（有效场长度与焦距相比）分为短、长透镜：按强度（强者的焦距 短)分，则有强透镜区别于一般透镜 啊 。卤卤 透射电子显微镜 4

4 示意图都是沿z轴的纵剖面(子午面)

静电透镜 本章所谓静电透镜，无非几何形状为旋转对称、中空、按长度 与半径的比分别称为圆筒或膜片（亦可能有介于其间者，或可称为 圆环)的金属导体电极，加上不同的电位，用以形成V≠0的轴上 电位分布.否则，只可能是漂移段(V'=0)或加速段. FIRST ELECTROSTATIC LENS SECOND ELECTRO STATIC LENS SECOND FIRST FOCAL FOCAL POINT POINT SCREEN Ist ANODE 2nd ANODE FOCUSING) (ACCELERATING) FOCUS CONTROL 33NP018 electron-gun. 5

5 electron -gun

聚焦：V">0 散焦：V”0加速 V0加速 V0减速 V">0聚焦(E=r/2*V" V">0聚焦 V"<0散焦 V”0散焦 (P(z)·r)'+Q(x)·r=0 速度越慢的电子，聚焦效果越好 6

6 E V e V'>0 加速 V" >0聚焦 (Er=r/2*V") E V V'0聚焦 E V V'0 加速 V" <0 散焦 E V 速度越慢的电子，聚焦效果越好

具体将介绍几种静电透镜，诸如： 圆孔膜片透镜 它依仗外加的或偏低或偏高的电位，带“强制性”地使原先电场变 化比较均匀的区域变成不均匀：是这几种元件中唯一能够散焦的 透镜：常组合使用。 圆孔 可能的 1 膜片 轴上 2-0.20m 场分布 1-0.05mm R-0.60mm 3 022mm 0.50mm 0.50mm 100 等 电子光学系统常由若干透镜合成，其间的电极常“一身二任”， 圆孔膜片常在其余几类透镜或其“变种”中扮演角色，不称它为“单 透镜”似有些委屈

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浸没透镜 单个圆筒只能形成等位区，而双圆筒可在其间形成聚焦场：此类 透镜两边为不等值的等位区，因电位与光学的媒质折射率的对应 关系被类比而得名“浸没透镜” 浸没 透镜 (及变种，如) C-100W 可能的 【4 轴上 场分布2

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单透镜 如两边为等值的等位区而中间电位有变化，显然至少要有3个电极， 却因最类似于光学普通透镜（中间为高折射率媒质，两边为空气）》 被称为“单透镜” 单透镜及变种，如) 2 罗 等 可能的 轴上 场分布 风

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浸没物镜 电子枪等元件在极靠近阴极处建立加速、聚焦场的一类则被 叫做“浸没物镜”，其意视阴极为“物”，它被浸在透镜场的阴极电位 中，与此种光学元件相仿， 浸没 物镜 可能的 轴上 场分布 E R00 0.20m 075m 030mm .20 2000W 等 10

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静电透镜 圆孔 浸没 浸没 类别： 膜片 透镜 (及变种，如)单透镜（及变种，如） 物镜 结构： 等 八 可能的 1 轴上 (及变种，如：) 场分布 等 等 11

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