Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Основные теоретические положения

Читайте также:
  1. I. Кислотно-основные свойства.
  2. I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  3. I. Основные положения
  4. I. Основные положения
  5. I. Основные сведения
  6. II ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  7. II. 6.4. Основные виды деятельности и их развитие у человека

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный институт электроники и математики

(Технический университет)

Кафедра «Лазерные и микроволновые

информационные системы»

Определение кардинальных элементов

Электронных линз

Методические указания

к лабораторной работе по курсу «Вакуумные и плазменные

приборы и устройства»

Москва 2011

 

Составитель д-р техн. наук, проф. В.П. Симонов

 

УДК 621.385.832.001.63; 658.512.001.56

Определение кардинальных элементов электронных линз: Метод. указания к лабораторной работе по курсу «Вакуумные и плазменные приборы и устройства» / Моск. гос. ин-т электроники и математики; Сост.: В.П. Симонов. М., 2011. 15 с.

 

Табл. 2. Илл. 9 Библиогр.: 3 назв.

 

Предназначены для использования в лабораторном практикуме курса «Вакуумные и плазменные приборы и устройства» по специальности 200300 «Электронные приборы и устройства». В указания включена лабораторная работа «Определение кардинальных элементов электронных линз». Содержат краткие теоретические сведения, необходимые для выполнения этой работы, а также описание порядка выполнения работы и требования к оформлению отчёта.

Для студентов IV курса групп ЭП и ЭПВ.

 

 

ISBN 978-5-94506-284-9

 

 

Определение кардинальных элементов электронных линз

1. Цель работы

Целью работы является изучение осесимметричных линз электростатического типа, применяемых в электронно-оптических системах электронно-лучевых приборов. На примере электронно-оптической системы, состоящей из двух коаксиальных цилиндров одинакового диаметра (иммерсионная линза) и задаваемых начальных и граничных условий с использованием «Метода ломаной линии», определяются кардинальные элементы линзы.

 

Основные теоретические положения

В электронной оптике электронной линзой называется приосевая область неоднородного осесимметричного электрического или магнитного поля. В инженерной практике электронной линзой часто называют систему электродов или катушек, обтекаемых током, создающих осесимметричные поля.

По аналогии со световой оптикой электронные линзы характеризуются положением четырёх кардинальных элементов линзы – двух главных фокусов (F1, F2) и двух главных плоскостей (h1, h2). Пространство слева от линзы называется пространством объектов (предметным пространством),справа от линзы – пространством изображений. Если со стороны пространства объектов на линзу падает параллельный пучок лучей, то в пространстве изображений эти лучи собираются в точке F2 – фокусе пространства изображений. Параллельные лучи, падающие на линзу со стороны пространства изображений, собираются в точке F1фокусе пространства объектов.

Пересечения главных плоскостей с оптической осью линзы дают положение главных точек (пространства предметов и пространства изображений – Н1 и Н2, соответственно).

Положения главных плоскостей можно определить, зная ход двух лучей: одного, идущего параллельно оси в пространстве объектов, другого – в пространстве изображений. Продолжая прямолинейные участки лучей, лежащие вне линзы, до их пересечения, получим в первом случае положение плоскости h2, во втором – положение плоскости h1. Расстояние от главных плоскостей (главных точек) до соответствующих фокусов называют фокусными расстояниями f1 = F1H1 и f2 = F2H2. Между фокусными расстояниями пространств объектов и изображений имеется простая связь: f1/f2 = n1/n2, где n1 и n2 – показатели преломления в пространствах объектов и изображений.

Задание четырёх кардинальных точек F1, F2, H1 и H2 электронной линзы достаточно для построения электронно-оптического изображения.

Простейшая аксиально-симметричная линза образуется диафрагмой с круглым отверстием, помещённой в электрическое поле.

На рис. 1 и 2 показаны схема подобной линзы и примерное распределение потенциала вдоль оси при различных соотношениях потенциала диафрагмы (U2) и потенциалов плоскостей, расположенных на значительном расстоянии слева (d1) и справа (d2) от неё (U1 и U3). Для наглядности сравнения движения электрона с движением шарика, катящегося по наклонной поверхности, отрицательные потенциалы отложены вверх.

Особенность подобной линзы заключается в том, что к диафрагме, по крайней мере, с одной стороны, примыкает электростатическое поле.


В результате изгиба эквипотенциальных поверхностей вблизи отверстия диафрагмы на электроны, движущиеся вдоль оси, действует радиальная сила, которая изменяет направления их движения. Радиальная составляющая напряжённости электрического поля Е может быть направлена либо к оси, либо от неё. В первом случае линза будет собирающей, во втором – рассеивающей.


 
 

Решив уравнение траектории электронов, движущихся в аксиально-

симметричном электростатическом поле на малых расстояниях от оси симметрии и под малыми углами к ней (параксиальные траектории), можно получить приближённую формулу для фокусного расстояния подобной линзы:

. (1)

Здесь и - напряжённости поля слева и справа от диафрагмы на значительном удалении от отверстия. Как видно из (1), при Е21 линза, а при Е21 – собирающая. Рисунок 1, а соответствует рассеивающей линзе, а рис. 2, а – собирающей.

На рис.1, б и в приведены примеры распределения потенциала на оси z для рассеивающей линзы, на рис. 2, б и в – распределения потенциала в случае собирающей линзы.

       
   

В электронно-лучевых трубках диафрагмы являются обычно составной частью более сложных линз – иммерсионной и одиночной.

 
 

На рис. 3, а и б изображены схемы иммерсионных линз, образованных двумя диафрагмами и двумя цилиндрами. U1 и U2 – значения потенциалов соответствующих электродов. На рис. 3, в показано распределение потенциала вдоль оси этих линз (U2>U1). Иммерсионная линза характеризуется различными значениями потенциала и отсутствием поля слева и справа от неё.

Два примера одиночных линз, образованных в первом случае тремя диафрагмами, а во втором – диафрагмой с двумя цилиндрами, а также характер распределения потенциала представлены на рис. 4, а, б и в соответственно. Одиночная линза отличается отсутствием поля и равенством потенциала слева и справа за её пределами.

Приближённое решение уравнения траектории параксиальных электронов в электростатическом поле даёт следующую формулу для фокусных расстояний короткой иммерсионной линзы:

; . (2)

Здесь Фа и Фb – значения потенциала, определяющие скорости заряженной частицы до и после прохождения линзы; fa и fb – фокусные расстояния со стороны предмета и со стороны изображения; .

Для короткой одиночной линзы Фаb и fa=fb=f.

Для иммерсионной линзы .

 
 

Отсюда следует, что иммерсионная и одиночная линзы могут быть только собирающими (f> 0).

 

Разновидностью иммерсионной линзы является иммерсионный объектив. На рис. 5, а показана схема трёхэлектродного иммерсионного объектива. Его особенность состоит в том, что источник электронов – катод (К) «погружён» в электрическое поле. Ближайший к катоду электрод М (модулятор) имеет обычно отрицательный (относительно катода) потенциал и служит для управления интенсивностью электронного пучка. Далее следует электрод У с положительным потенциалом (ускоряющий электрод либо анод).

Фокусное расстояние электронных линз связано с расстояниями от линзы до предмета (а) и до изображения (b) такими же соотношениями, как в световой оптике: , (3)

а для одиночной линзы: или . (4)

 


Дата добавления: 2015-07-20; просмотров: 78 | Нарушение авторских прав


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Список літератури| Постановка задачи

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.009 сек.)