Электронные и ионные линзы

Наиболее важное следствие введения электронно-оптического показателя преломления заключается в возможности непосредственного применения геометрической оптики к движению пучков заряженных частиц в электромагнитных полях. Можно говорить о фокусировке пучков заряженных частиц полями, подобно тому как говорят о фокусировке световых лучей оптическими линзами. Можно построить электростатические и магнитные линзы и ввести для них кардинальные точки, указанные в разд. 1.4.2. Хотя такого рода линзы физически отличаются от оптических линз, основные принципы их действия остаются теми же. Наиболее важное практическое различие заключается в том, что в электронных и ионных линзах показатель преломления изменяется непрерывно, в то время как в собственно оптических линзах показатель преломления почти всегда изменяется дискретно. Вследствие этого практически любое распределение полей может представлять собой электронный и ионный оптический элемент. Более того, зависимость показателя преломления от направления движения частиц в световой оптике отсутствует. Таким образом, возможности электронной и ионной оптики значительно богаче. [c.41]

Наиболее часто используемыми элементами электронной и ионной оптики являются линзы, служащие для фокусировки пучков заряженных частиц. Они эквивалентны обычным аксиально-симметричным оптическим линзам, основные свойства которых были рассмотрены в разд. 1.4.2. Существование электронно-оптического коэффициента преломления (разд. 2.6) обеспечивает возможность создания электронных и ионных линз на основе близкой аналогии между обычной оптикой и движением пучков заряженных частиц в электромагнитных полях. В гл. 3 уже обсуждались основные свойства аксиально-симметричных электростатических и магнитных полей, а также основные методы их вычисления. В данной главе будет проведено детальное исследование их фокусирующих свойств. [c.179]

Вспомним теперь о том, что говорилось в разд. 2.6 о близкой аналогии между геометрической и электронно-ионной оптикой. Поскольку такая аналогия существует, и мы только что показали, что аксиально-симметричные поля действительно могут создавать изображения предметов, вполне естественно применить классическую терминологию геометрической оптики (разд. 1.4.2) к электронным и ионным линзам. [c.196]

Электронные и ионные линзы [c.209]

Действие аксиально-симметричных электронных и ионных линз описывается параксиальной теорией (теорией первого порядка). Однако на практике траектории всегда имеют конечные смещения г и конечные наклоны г относительно оси. Даже если они невелики, пренебрежение в разложении в ряд членами высших порядков, необходимое для вывода уравнения параксиальных лучей, приводит к ошибке. Следовательно, параксиальная теория всегда неточна. В действительности изображением точечного объекта будет не одна определенная точка, а размытое пятно, образованное пересечением различных лучей с разными наклонами в разных точках изображения. Эти лучи пересекают гауссову (параксиальную) плоскость изображения в различных точках, поэтому изображение — не точка, а пятно конечных размеров, которое может иметь даже неправильную форму. Это явление называется геометрической аберрацией. Пример такого эффекта был рассмотрен в разд. [c.247]

Как известно, асимптотические свойства первого порядка электронных и ионных линз определяются кардинальными элементами. Для их определения достаточно знать два главных луча (разд. 4.6.1), т. е. проинтегрировать уравнение для параксиальных лучей (4.40) или (4.50) для заданного распределения поля и начальных условий. Хотя уравнение (4.40) непосредственно определяет траекторию, для численных расчетов уравнение (4.50) обычно более предпочтительно, так как оно не содержит вторую производную потенциала (см. разд. 3.3.5.1). Заметим, что, если коэффициенты в уравнениях для определения действительных лучей малы, начальные условия для получения общего решения уравнения для параксиальных лучей могут быть заданы произвольно, несмотря на то что уравнение справедливо только для малых смещений и углов. [c.355]

На протяжении всей этой главы мы постоянно призывали к другому подходу конструировать электростатические линзы, основываясь на распределении потенциала. В этом случае параметры, выведенные в начале разд. 7.4, могут адекватно описать любую электростатическую линзу. Систематическое исследование электронных и ионных линз возможно с помои ью изменения этих основных параметров в процессе построения сплайновой модели. Это можно сделать достаточно просто, следуя одной из двух основных стратегий [202] [c.461]

ОПТИМИЗАЦИЯ И СИНТЕЗ ЭЛЕКТРОННЫХ И ИОННЫХ ЛИНЗ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРА [c.507]

Оптимизация и синтез электронных и ионных линз [c.509]

Для электростатических линз ситуация менее благоприятна. Уравнения Эйлера — Лагранжа — Пуассона являются нелинейными дифференциальными уравнениями четвертого порядка с чрезвычайно сложными граничными условиями. Сложность этих условий увеличивается с числом дополнительных требований. Такие системы уравнений практически не поддаются численному решению. Для синтеза электронных и ионных линз необходимо разрабатывать более простые методы. [c.517]

Следует также отметить, что отчетливые изображения могут быть получены только при помощи пучков, движущихся вблизи силовых линий. Если расхождение существенно, то значения к могут значительно различаться для разных частиц в одном и том же пучке. В результате изображение будет искажено. Это типичный пример аберрации линз — одной из труднейших проблем электронной и ионной оптики. [c.51]

Мы рассмотрели основные законы движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Сначала мы определили лагранжиан частиц (уравнение (2.15)). Закон сохранения энергии позволил представить скорость частицы в виде функции потенциала (уравнение (2.31)). Затем были получены релятивистские уравнения движения (2.50) — (2.52) в обобщенной ортогональной криволинейной системе координат. Были рассмотрены частные случаи уравнений движения в декартовой (уравнения (2.53) — (2.55) и цилиндрической (2.60)—(2.62) системах координат. Уравнения движения были затем преобразованы в траекторные уравнения (2.76) —(2.77), (2.80), (2.81) и (2.84) — (2.85) соответственно. Мы ввели релятивистский потенциал (уравнение (2.89)) и показали, что он позволяет использовать нерелятивистские уравнения в магнитных полях даже в случае высоких энергий частиц. Затем был введен электронно-оптический показатель преломления (соотношение (2.92)) и установлены аналогии между геометрической оптикой, с одной стороны, и электронной и ионной оптикой, — с другой. Были определены траектории частиц в однородных электростатическом и магнитном полях посредством точного решения траекторных уравнений. В качестве практических примеров рассмотрены плоские конденсаторы, длинные магнитные линзы, электростатические и магнитные отклоняющие системы, простые анализаторы масс и скоростей. Наконец, были приведены законы подобия электронной и ионной оптики (соотношения (2.183) — (2.188) и (2.190)). [c.63]

Если система состоит из трех или более линз, повторным использованием (4.112) всегда можем вычислить оптическую силу, и, следовательно, фокусные расстояния системы. Мы заключаем, что формирование асимптотических электронных и ионных изображений обладает групповым свойством последовательные операции формирования изображений всегда могут быть заменены одной операцией формирования изображения единой системой. [c.221]

Как упоминалось в разд. 1.4.2, в световой геометрической оптике считается, что фокусирующее действие тонкой линзы сосредоточено в ее центральной плоскости. Из вышесказанного ясно, что это не так в электронной и ионной оптике главные плоскости тонкой линзы могут не совпадать и быть сдвинутыми в сторону меньшего потенциала. [c.225]

Еще одним специфическим свойством электростатических линз является то, что они не только фокусируют, но, кроме того, ускоряют или замедляют частицы. Исключение составляют только одиночные линзы (см. разд. 7.4), в которых фокусировка происходит без изменения энергии. Ускоряющие свойства электростатических линз используются в электронных и ионных источниках (см. разд. 7.8.3). Кроме того, электростатические линзы могут быть использованы для анализа и разделения частиц по энергиям (линзовые фильтры). [c.372]

До сих пор мы рассматривали только электростатические линзы, с обеих сторон связанные с областями постоянного потенциала. Если это требование не выполняется, необходим совершенно другой подход. Нельзя использовать асимптотические свойства, а теоремы, выведенные в разд. 4.6.1, в этом случае не верны. Однако такие линзы имеют важное практическое значение по крайней мере в двух ситуациях. Первая — действие произвольного отверстия в качестве линзы в области высокого поля (см. разд. 7.3.1.5) и вторая — в электронных и ионных источниках. Поэтому мы кратко рассмотрим такие линзы в этом разделе. [c.463]

Практическое значение линзы из диафрагмы с круглым отверстием состоит в том, что она появляется, как только мы имеем дело с любым отверстием в конечных электродах электростатических линз, и в качестве составного элемента электронных и ионных источников. [c.466]

В гл. 4 обсуждаются фокусирующие свойства аксиальносимметричных полей. Дана общая теория формирования изображения, представлены электронные и ионные линзы, рассмотрено приближение тонкой линзы. [c.10]

К счастью, в большинстве случаев электронные и ионные линзы используются в многоэлементных колоннах, где линзы формируют последующие изображения предыдущих промежуточных изображений. Таким образом, если колонна сконструг рована так, что соблюдены подходящие рабочие интервалы между изображениями и границами линз, то для любой лин- [c.199]

Из содержания разд. 4.4 ясно, что любое аксиально-симметричное электростатическое и(или) магнитное поле является фактически линзой. Электростатические поля создаются электродами, на которых поддерживаются необходимые потенциалы. Для создания магнитных полей используются катушки с током, обычно окруженные ферромагнитными материалами, или постоянные магниты. Способы практической реализации электронных и ионных линз многообразны, как сама жизнь. Единственные ограничения — аксиальная симметрия и практическая осущ,ествимость (реализуемые интенсивности поля, исключение возможности электрического пробоя между электродами, разумные размеры катушек и т. д.). [c.209]

Присутствие вторичных электронов и/или ионизированных атомов, обусловленное неадекватными условиями вакуума, в высшей степени нежелательно. Тем не менее их пространственный заряд может служить для компенсации сферической и хроматической аберраций электронных и ионных линз. Действительно, отсутствие пространственного заряда является одним из условий справедливости теоремы Шерцера (разд. 5.2.1.3). Сферическая аберрация возникает из-за того, что фокусирующая сила слишком быстро увеличивается при удалении от оси. Если можно реализовать распределение пространственного заряда, создающее фокусирующую силу, которая тем больше по величине, чем ближе к оси расположена точка наблюдения (или дефокусирующую силу, увеличивающуюся с расстоянием от оси), то можно компенсировать сферическую аберрацию. Были предприняты попытки использовать компенсацию пространственным зарядом, но еще не предложено ни одного практически приемлемого решения. [c.335]

Мы увидим в разд. 9.10, что понятие сплайновых линз является мощным инструментом для синтеза электронных и ионных линз. Оно может быть использовано как для электростатических, так и для магнитных линз. Как становится очевидным из разд. 9.9.2.1, множества интересных распределений можно найти даже с помощью двух-интервальных сплайнов. Очевидно, чтобы этот метод работал в полную силу, необходимо использовать большее число интервалов для конструирования сплайнов. Мы нашли, что для конструирования линз с очень хорошими оптическими свойствами обычно достаточно шестиинтервального сплайна. Например, исследование шестиинтервальных сплайнов привело нас [202] к распределению потенциала, данного на рис. 147. Это распределение имеет пять точек перегиба, следовательно, оно представляет шестиэлектродную линзу. Линза, реконструированная иэ [c.541]

ДИАФРАГМА в электронной и ионной оптике — применяется для ограничения поперечного сечения и изменения угла раствора (апертуры) пучка заряж. частиц. Круглая Д. (обычно отверстие в проводящей пластинке), имеющая электрич. потенциал и помещённая во внеш. электрич. поле, представляет собой простейшую осесимметричную электростатич. линзу (см. Электронные линзы). Если напряжённости поля по разные стороны пластинки вдали от отверстия равны соответственно и "2, то фокусное расстояние такой линзы / приближённо равно /==4ф/(Ej—A j), где ф — потенциал в центре Д. В зависимости от знака / Д- играет роль собирающей или рассеивающей линзы. Комбинации Д., имеющих разл. потенциалы, также являются электростатич. линзами. См, также Электронная и ионная оптика. [c.615]

Размер кружка рассеяния увеличивает также хроматическая аберрация, возникающая вследствие разброса электронов по энергиям. Он неизбежен, т. к. все электронные и ионные источники эмитируют электроны и ионы с разной начальной кинетич. энергией. Источники питания ускорит, систем увеличивают этот разброс. В результате часть электронов, обладающая меньшей энергией, фокусируется перед плоскостью изображения, а др. часть, с большей энергией,— за ней. В плоскости изображения образуется кружок рассеяния—отверстная хроматическая аберрация. Кроме неё существуют ещё две хроматические аберрации — увеличения и поворота (последняя — только в магн. линзах). Первая вызвана различием увеличений изображения, а вторая—различием углов поворота изображения, формируемого электронами разных энергий. Обе аберрации малы в приосевой области и исчезают на оси, поэтому на разрешающую способность влияет только отверстная хроматическая аберрация. [c.547]

Быстрый прогресс в области электронной и ионной оптики, связанный прежде всего с развитием плодотворных компьютерных методов расчета, расширением технических возможностей, а также потребности в подготовке квалифицированных специалистов диктуют необходимость издания новых учебных пособий. Книга М. Силадьи является хорошим примером современного введения в предмет. Она начинается с уравнений Максвелла, вариационных принципов классической механики, вывода уравнений движения заряженных частиц, далее подробно рассматриваются различные вопросы функционирования фокусирующих, отклоняющих, формирующих электронных и ионных оптических устройств. Особое внимание уделено методам расчета электрических и магнитных полей, теории аберраций, компьютерным методам расчета и оптимизации параметров линз. Следует отметить, что вопросы применения анализируемых устройств автором не рассматриваются. Это вполне оправданно, так как при необходимости можно обратиться к имеющейся специальной литературе. Книга содержит богатую библиографию, насчитывающую более 400 наименований. В целом ее отличает удачное сочетание подробного изложения физических основ предмета, практических методов и новейших результатов. [c.6]

В ходе приведенного обсуждения мы подчеркнули значение основной теоремы электронной и ионной оптики, полученной впервые Бушем [1] в 1926 г. Интересно, что первая электронная линза была изготовлена Е. Вихертом еще в 1899 г. Д. Габор повторил это открытие в 1924 г.. Вскоре появились последователи, а в 1931 г. М. Кнолль и Е. Руска построили первый электронный микроскоп. Спустя два года Е. Рус-ке удалось показать, что электронный микроскоп имеет более высокое разрешение, чем его оптический прототип. Последующие десятилетия засвидетельствовали ошеломляющий прогресс в данной области. Появились новые приложения, такие, как катодно-лучевые трубки, микроволновые генераторы и генераторные лампы, ускорители частиц, спектрометры, различные электронно- и ионно-лучевые устройства и технологии, что потребовало создания новых подходов, лучше сформированных и более мощных пучков. В наше время сложнейшие аналитические инструменты наряду с электронно- и ионно-лучевой литографией и тестированием определяют основные стимулы к дальнейшему развитию. Но всему этому положило начало от- [c.193]

Однако при этом следует соблюдать осторожность. Действительно, оптическая линза, изготовленная из какого-либо материала (обычно специальных сортов стекла), имеет вполне определенные четкие границы во всех направлениях. Поэтому линза всегда ограничена двумя поверхностями вращения вокруг оптической оси (см. рис. 3), В разд. 2.6 мы видели, что электронно-оптический коэффициент преломления всегда является непрерывной функцией пространственных координат. Действительно, его величина обусловлена действием электрического и магнитного полей, которые не могут резко изменяться в однородной среде. Поэтому очень сложно определить границы электронной или ионной линзы. Если не рассматривается сам источник, пучок должен выйти из источника или предыдущей линзы и затем как-то войти в поле следующей линзы. Аналогично, если только мишень не располагается внутри линзы, пучок должен покинуть поле линзы, чтобы затем отклониться и сфокусироваться другой линзой и т. д. По этим причинам очень трудно заключить линзу в пределах четко определенных физических границ. [c.196]

Следует заметить, что относительный энергетический разброс АН а/ и го)—и о является положительным числом, задаваемым обычно как характеристический параметр источника. Очевидно, что хроматическая аберрация тогда может быть уменьшена двумя различными путями или уменьшением относительного энергетического разброса источника, или уменьшением коэффициента аберрации линзы. Так как С со никогда не может изменить знак (см. уравнение (5.194)), важно компенсировать аксиальную хроматическую аберрацию другим аксиально-симметрнч-ным полем того же типа (см. разд. 5.2.1.3). Но аксиальная хроматическая аберрация очень строго ограничена рабочими характеристиками электронного и ионного зондов, лотому что [c.301]

Действие электростатической линзы может быть продемонстрировано на примере простой линзы, состоящей из двух цилиндров, поле которой было рассмотрено в разд. 3.1.2.2. На рис. 78 изображена картина эквипотенциальных поверхностей такой линзы. Кроме того, показан главный луч с векторами электростатического поля в двух точках для случая положительных потенциалов электродов, причем У2>Уь Как видно, в этом случае электроны ускоряются и фокусируются слева от линзы, тогда как справа от линзы они дефокусируются. Так как электроны проводят больше времени в области с меньшим потенциалом, суммарным эффектом является фокусировка, как и ожидалось в соответствии с основной теоремой электронной и ионной оптики (разд. 4.4). Если то электроны замедляются и [c.374]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...