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1、关于光电成像原理第一页，本课件共有33页空间任一点电位：空间任一点电位：一、轴对称场的幂级数表示形式：一、轴对称场的幂级数表示形式：任何静电场均满足拉普拉斯方程：任何静电场均满足拉普拉斯方程：轴对称场：轴对称场：第二页，本课件共有33页电位可展开为幂级数，且只存在偶次幂项：电位可展开为幂级数，且只存在偶次幂项：已知轴上电位分布，可唯一地完全决定空间电位分布。已知轴上电位分布，可唯一地完全决定空间电位分布。轴上电位分布轴上电位分布谢尔赤（谢尔赤（Scherzer）公式）公式第三页，本课件共有33页近轴情况：近轴情况：二、近轴区电场对电子的作用力：二、近轴区电场对电子的作用力：电场对电子在两个方向
2、上的作用力：电场对电子在两个方向上的作用力：场强分量：场强分量：第四页，本课件共有33页电子轴向受力分析电子轴向受力分析电子所受轴向力电子所受轴向力 的与的与 成正比，与成正比，与 无关：无关：电子在：电子在 方向被加速；方向被加速；：电子在：电子在 方向被减速；方向被减速；电子径向受力分析电子径向受力分析电子所受径向力电子所受径向力 的大小与的大小与 及及 成正比；成正比；受力方向由受力方向由 的符号决定：的符号决定：为无场空间，电子匀速漂移。：为无场空间，电子匀速漂移。径向力方向指向对称轴，电子受到会聚作用；径向力方向指向对称轴，电子受到会聚作用；:径向力方向背离对称轴，电子受到发散作用。
3、径向力方向背离对称轴，电子受到发散作用。:第五页，本课件共有33页三、旋转对称静电磁场的聚焦成像性能三、旋转对称静电磁场的聚焦成像性能电子运动的近轴（高斯）轨迹方程：电子运动的近轴（高斯）轨迹方程：性质性质1.若轴上电位分布若轴上电位分布 已知，就可求得整个近轴空间的轨迹。已知，就可求得整个近轴空间的轨迹。高斯光学：高斯光学：研究高斯轨迹理想成像规律的理论。研究高斯轨迹理想成像规律的理论。高斯光学理想成像性质高斯光学理想成像性质:1.从物平面上发出的所有电子，通过场的作用，从物平面上发出的所有电子，通过场的作用，能够在像平面上会聚于相应的像点上。能够在像平面上会聚于相应的像点上。2.不含荷质比
4、，由零电位的同一点发出的电子，不不含荷质比，由零电位的同一点发出的电子，不 论其质量与电量如何，在近轴场内轨迹相同。论其质量与电量如何，在近轴场内轨迹相同。2.像和物的几何形状相似，也就是像和物的几何形状相似，也就是 说各点的横向放大率与物高无关。说各点的横向放大率与物高无关。第六页，本课件共有33页高斯轨迹理想成像的证明：高斯轨迹理想成像的证明：其通解其通解:初始条件：初始条件：离对称轴单位距离的平行入射的电子轨迹离对称轴单位距离的平行入射的电子轨迹轴上发出与轴成轴上发出与轴成 角入射的电子轨迹角入射的电子轨迹电子近轴轨迹的表达式电子近轴轨迹的表达式:第七页，本课件共有33页若若则则时时由轴
5、上点由轴上点 发出的所有电子，不论其初始斜率发出的所有电子，不论其初始斜率 如何，都将会聚在轴上如何，都将会聚在轴上 处。处。1.轴上点的理想聚焦成像：轴上点的理想聚焦成像：第八页，本课件共有33页2.轴外点的理想聚焦成像：轴外点的理想聚焦成像：由物平面上轴外同一物点由物平面上轴外同一物点 发出的电子，发出的电子，不论其初始斜率如何，都会聚在同一点不论其初始斜率如何，都会聚在同一点第九页，本课件共有33页像点坐标：像点坐标：高斯像面，是物平面高斯像面，是物平面 的共轭像面。的共轭像面。平面：平面：电子光学系统的横向放大率电子光学系统的横向放大率第十页，本课件共有33页第十一页，本课件共有33页
6、5.4 5.4 电子透镜电子透镜电子透镜：电子透镜：能使电子流聚焦成像的电子光学系统。能使电子流聚焦成像的电子光学系统。单透镜单透镜膜孔透镜膜孔透镜浸没透镜浸没透镜阴极透镜阴极透镜根据轴上电位分布情况根据轴上电位分布情况电子透镜场空间的划分：电子透镜场空间的划分：物空间物空间像空间像空间透镜空间：透镜空间：电子轨迹在场的电子轨迹在场的 作用下连续改变。作用下连续改变。物空间和像空间：物空间和像空间：电位不变电位不变 （等位空间）（等位空间）透镜透镜空间空间电子透镜电子透镜静电透镜静电透镜磁透镜磁透镜复合透镜复合透镜第十二页，本课件共有33页一、单透镜一、单透镜1.单透镜轴上电位分布：单透镜轴上
7、电位分布：透镜两旁的电位为常数，且数值相等。透镜两旁的电位为常数，且数值相等。类似于单个光学会聚透镜类似于单个光学会聚透镜2.单透镜的电极结构：单透镜的电极结构：由三个电极组成，两边电极电位相同由三个电极组成，两边电极电位相同第十三页，本课件共有33页3.单透镜的聚焦特性：单透镜的聚焦特性：（1）会聚作用占优势会聚作用占优势速度大速度大速度大速度大速度小速度小发散发散会聚会聚发散发散第十四页，本课件共有33页单透镜是会聚透镜。单透镜是会聚透镜。（2）会聚作用占优势会聚作用占优势速度小速度小速度小速度小速度大速度大会聚会聚发散发散会聚会聚第十五页，本课件共有33页二、浸没透镜二、浸没透镜1.浸没
8、透镜轴上电位分布：浸没透镜轴上电位分布：透镜两旁电位为常数但数值不同透镜两旁电位为常数但数值不同类似于光学中浸没透镜类似于光学中浸没透镜2.浸没透镜的电极结构：浸没透镜的电极结构：两个（或两个以上）同轴圆筒（或膜片）组成两个（或两个以上）同轴圆筒（或膜片）组成第十六页，本课件共有33页3.浸没透镜聚焦特性分析：浸没透镜聚焦特性分析：（1）会聚作用占优势会聚作用占优势速度小速度小速度大速度大会聚会聚发散发散第十七页，本课件共有33页（2）浸没透镜是会聚透镜浸没透镜是会聚透镜浸没透镜对电子束不仅起聚焦作用，浸没透镜对电子束不仅起聚焦作用，还可以起加速或减速作用。还可以起加速或减速作用。会聚作用占优
9、势会聚作用占优势速度大速度大速度小速度小发散发散会聚会聚第十八页，本课件共有33页三、膜孔透镜三、膜孔透镜1.膜孔透镜轴上电位分布：膜孔透镜轴上电位分布：2.浸没透镜的电极结构：浸没透镜的电极结构：将一个带孔的膜片插入将一个带孔的膜片插入平板电容器中间平板电容器中间透镜两旁电位不是常数，随透镜两旁电位不是常数，随 变化变化第十九页，本课件共有33页3.膜孔透镜聚焦特性分析：膜孔透镜聚焦特性分析：会聚透镜会聚透镜（1）发散透镜发散透镜（2）浸没透镜可以是会聚的，也可以是发散的浸没透镜可以是会聚的，也可以是发散的第二十页，本课件共有33页四、阴极透镜（浸没物镜）四、阴极透镜（浸没物镜）1.阴极透镜
10、轴上电位分布：阴极透镜轴上电位分布：透镜场为加速电场，阴极浸没场中透镜场为加速电场，阴极浸没场中透镜在阴极表面建立加速电场，电子一透镜在阴极表面建立加速电场，电子一离开阴极就受到场的作用。离开阴极就受到场的作用。透镜的加速电场直接和物毗连（一般以阴透镜的加速电场直接和物毗连（一般以阴极作为物），即物浸没在透镜电场内。极作为物），即物浸没在透镜电场内。第二十一页，本课件共有33页2.阴极透镜的电极结构阴极透镜的电极结构一般由阴极、调制极膜片、阳极膜片组成一般由阴极、调制极膜片、阳极膜片组成阴极：阴极：发射电子发射电子调制极：调制极：控制电子发射控制电子发射可正可负（一般为负）可正可负（一般为负）
11、阳极：阳极：加速电子加速电子第二十二页，本课件共有33页3.阴极透镜聚焦特性分析：阴极透镜聚焦特性分析：大部分区域大部分区域 ，阴极透镜为会聚透镜阴极透镜为会聚透镜第二十三页，本课件共有33页5.6 5.6 电子枪简介电子枪简介电子枪：电子枪：由多个电子透镜组成的电子光学系统。由多个电子透镜组成的电子光学系统。用来产生可控并具有一定电流密度、一定形用来产生可控并具有一定电流密度、一定形状、往一定方向投射的聚焦电子束。状、往一定方向投射的聚焦电子束。一、电子枪的功能要求一、电子枪的功能要求1.将阴极发射的电子流聚成细束，投射至荧光屏上将阴极发射的电子流聚成细束，投射至荧光屏上 形成足够小的光点；
12、形成足够小的光点；2.电子束应举有足够的电流，足够高的速度，从而电子束应举有足够的电流，足够高的速度，从而 在屏上得到足够的亮度；在屏上得到足够的亮度；3.束电流应能被方便地控制，从而方便地改变屏上束电流应能被方便地控制，从而方便地改变屏上 光点的亮度。光点的亮度。强流电子枪（束电流几十毫安几安）强流电子枪（束电流几十毫安几安）细束电子枪（束电流细束电子枪（束电流1500微安）微安）电子枪电子枪第二十四页，本课件共有33页二、电子枪的结构与分类：二、电子枪的结构与分类：第一透镜（发射系统，预透镜）第一透镜（发射系统，预透镜）第二透镜（主聚焦系统，主透镜）第二透镜（主聚焦系统，主透镜）结构结构第
13、二十五页，本课件共有33页1.第一透镜（发射系统）第一透镜（发射系统）发射电子并初步聚焦。发射电子并初步聚焦。四电极结构四电极结构预聚焦透镜预聚焦透镜弱会聚透镜，改善边缘弱会聚透镜，改善边缘 分辨力，提高像质。分辨力，提高像质。三电极结构三电极结构阳极阳极使电子获得动能使电子获得动能调制极调制极控制电子束电流密度控制电子束电流密度阴极阴极电子发射源电子发射源（阴极透镜）（阴极透镜）第二十六页，本课件共有33页2.第二透镜（主聚焦系统，主透镜）第二透镜（主聚焦系统，主透镜）将发射系统出射的电子束聚焦成像将发射系统出射的电子束聚焦成像型：型：磁聚焦，磁偏转磁聚焦，磁偏转型：型：静电聚焦，静电偏转静
14、电聚焦，静电偏转型：型：磁聚焦，静电偏转磁聚焦，静电偏转型：型：静电聚焦，磁偏转静电聚焦，磁偏转第二十七页，本课件共有33页三、电子枪工作原理三、电子枪工作原理不能控制电流，阴极电流饱和不能控制电流，阴极电流饱和截止状态截止状态阴极电流可控阴极电流可控第二十八页，本课件共有33页第二十九页，本课件共有33页第三十页，本课件共有33页An electron gun(also called electron emitter)is an electrical component that produces an electron beam that has a precise kinetic ene
15、rgy and is most often used in televisions and monitors which use cathode ray tube technology,as well as in other instruments,such as electron microscopes and particle accelerators.Electron guns may be classified in several ways:by the type of electric field generation,by emission mechanism(thermioni
16、c,photocathode,cold emission,plasma source),by focusing(pure electrostatic or with magnetic fields),or by the number of electrodes.Electron gun 第三十一页，本课件共有33页Most color cathode ray tubes such as those used in color televisions incorporate three electron guns,each one producing a different stream of
17、electrons.Each stream travels through a shadow mask where the electrons will impinge upon either a red,green or blue phosphor to light up a color pixel on the screen.The resultant color that is seen by the viewer will be a combination of these three primary colors.Characteristics 第三十二页，本课件共有33页感谢大家观看10.12.2022第三十三页，本课件共有33页