中国科学技术大学：《束流光学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 宽束和强流电子学简介

电子光学 束流传输理论 低能电子 高能粒子 细束和弱流 宽束和强流 束流传输元件和 对应的传输矩阵 电子在轴对称 宽束和强流 场中的运动 电子光学 非轴对称电 组合系统设计 轴对称电子透镜 子光学器件

低能电子 高能粒子 细束和弱流 宽束和强流 电子在轴对称 场中的运动 轴对称电子透镜 非轴对称电 子光学器件 宽束和强流 电子光学 电子光学 束流传输理论 束流传输元件和 对应的传输矩阵 组合系统设计

第5章宽束和强流电子学简介 ·5.1宽电子束及聚焦成像 ·5.2强流中的空间电荷效应 ·5.3强流电子束的成形和维持 3

3 第5章 宽束和强流电子学简介 • 5.1 宽电子束及聚焦成像 • 5.2 强流中的空间电荷效应 • 5.3 强流电子束的成形和维持

回顾 轴对称透镜静电透镜 圆孔 浸没 类别： 膘片 透镜 (及变种，如)单透镜（及变种，如） 浸没 物镜 结构： 可能的 轴上 (及变种，如：) 场分布 a 等 等 等

4 回顾

回顾 轴对称透镜 磁透镜 类别： 长磁透镜 空心线圈透镜短磁透镜强短磁透镜永磁透镜 极 靴 结构： 可能的 轴上 场分布 B.() 5

5 回顾

回顾 平面对称偏转系统 以u代 单位多用 m1.方程可 △u 1∂V 当u=x时， 。偏转出口 2Vaxi Zo ZL 屏坐标2 1av 当u=y时 2vay; 对磁偏转 G,=一B。对低能电子为 e 盛环 行偏转线圈 6 场偏转线圈

6 回顾 z0 zL zs L Δu 屏坐标 偏转出口 Ls

回顾 平面对称四极透镜 综合上述讨论，在采用的各种假设条件下，四极透镜中粒子的 运动方程是 u+Fu=0 式中，u代表x或y;F.的量纲是L2,单位多用m2. 对于静电四极透镜F,=Y Poax2 对低能电子F Va Vea 对于磁四极透镜 F-ge B 对低能电子F.≈ 2e poNI P ax VmV。a2 无论何种透镜，恒有F,=一Fx 1等位线V 2 电力线E

7 回顾 电力线E 等位线V

为使书写简洁，以下借用参数k=VF.上述四极透镜对应 的u方向传输矩阵是 u n12 其中，矩阵元 Pu' m21 22 Pu' cos(kL) (F.>0) m11 m2 cos(kL) sin(kL (F.=0) F>0 P m21 m22 ch(kL) (F40) F.=0 (F.=0) mi m12 1e1=30 Pksh(kL) (F.0) F<0 m 12 cosh(kL) n(侧] < (F。=0) 1m21 1m22 Pksinh(kL) cosh (kL) pgsh(L (F.<0) 式中，P是透镜所在等位区对应的粒子等效动量，此时物方、像方 等位，P。=P.对于到工作区内任一点之的传输矩阵，只要将式中 L用之一乙替换即可」

( ) ( ) ( ) ( ) 11 12 21 22 1 cos sin sin cos m m kL kL Pk m m Pk kL kL         =       −  11 12 21 22 1 0 1 L m m P m m         =       ( ) ( ) ( ) ( ) 11 12 21 22 1 cosh sinh sinh cosh m m kL kL Pk m m Pk kL kL         =        

前4章的内容基本上皆属王弱流细束电子光学范畴，未涉及 宽策电子光学器件和强流电子束.本章将对这两个领域特有的问 题作一简介. 5.1宽电子束及其聚焦成像 偏转线圈 光敏靶 电子枪 为射再 阴极 器 RL 电视信号 “透 图摄像管成像原理

宽电子束的特殊性在于颇有些电子的x和/或不太小，近轴 条件、旁轴条件都不成立，不能用第1章中的高斯轨迹方程处理. 解决的途径有两种：其一，对阴极上每一“物点”，将研究对象仅限 于从此点发射的所有电子及其成像规律，取其中一条轨迹（一般该 轨迹自物点垂直于阴极发出，成直线飞行，达于屏上对应的像点) 为主轨迹，讨论其他轨迹与此轨迹的偏差，而不是到器件中心轴的 距离.在一定条件下可认为此偏差很小，近轴条件仍然满足.所谓 “一定条件”，一般指阴极附近的纵向加速场足够强，电子在横向 “跑不远

其二，光电子离开阴极时有热初速分布，它们相对于主轨迹的 偏角可能很大：最极端的情况是初速与阴极相切，则偏角为90°，x 为无穷大.虽然因加速作用'迅速变小，所以全程中始终不大， 轨迹确是“近轴”的，但整个轨迹不能称为“旁轴”的，运动方程中的 心，不能简单地以取代.为此，引入考虑电子初速分布的“近轴轨 迹方程”代替高斯方程.（对比之下，高斯方程可称为“旁轴轨迹 方程”.) 简单的说：就是认为不大，但是r'有很大的情况，Vz不能简单的用v取 代

简单的说：就是认为r不大,但是r’有很大的情况，vz不能简单的用v取 代