ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА СО СТАБИЛЬНЫМ ФОКУСНЫМ РАССТОЯНИЕМ

Изобретение относится к области электронной оптики и может быть использовано для улучшения фокусирующих свойств электронных и ионных пушек, электронных микроскопов и электронно-лучевых трубок.

Известны иммерсионные электростатические линзы, образованные двумя электродами (цилиндр, диафрагма или их сочетание) с различными потенциалами, обеспечивающими разность коэффициентов преломления в области объекта (предмета) и изображения [1], которая является причиной фокусировки электронных лучей. Часто такие линзы называют иммерсионными объективами. Они применяются, например, в электронно-лучевых трубках для предварительной фокусировки широких электронных пучков. Недостатком известного типа линз является сильная зависимость фокусного расстояния от значения потенциалов на электродах. Фокусное расстояние здесь и далее определяется как расстояние от средней плоскости линзы до точки на оси системы с минимальным диаметром пучка электронов в области изображений при вводе электронов в линзу из предметной области параллельно оси симметрии.

Наиболее близкой к предлагаемой является одиночная электростатическая линза, образованная тремя электродами (цилиндр, диафрагма или их сочетание). К крайним электродам прикладывается напряжение U1, а к среднему - U2. Характер фокусировки зависит от соотношения этих потенциалов по абсолютной величине [2]. Применяется данный тип линз в основном при окончательной фокусировке электронного потока, т.е. на выходе устройства. Недостаток аналога: фокусное расстояние почти линейно зависит от соотношения потенциалов на электродах, что приводит к «размытости» изображения при естественных колебаниях напряжения источника питания линзы.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в улучшении стабильности фокусного расстояния трехэлектродной выходной линзы с целью уменьшения «размытости» изображения, обусловленной колебаниями потенциалов на электродах.

Решение данной задачи достигается тем, что электростатическая линза содержит три аксиально-симметричных последовательно расположенных электрода Э1, Э2, Э3 с потенциалами U1, U2, U3, выполненных в виде полых соосных цилиндров с внутренним диаметром D и длиной среднего цилиндра Э2, приблизительно равной 3D, а также длинами L первого, расположенного в предметной области, и третьего, расположенного в области изображений, цилиндров Э1 и Э3, соответственно большими чем 3D, т.е. L>3D, при этом линза имеет несимметричное электрическое питание U1<U2<U3, обеспечивающее при фиксированных значениях потенциалов U1 и U3 «колоколообразную» функциональную зависимость фокусного расстояния F линзы от потенциала U2 среднего электрода Э2 с максимумом, в точке которого первая производная равна нулю, и фокусное расстояние F в этой точке будет определяться колебаниями потенциала U2 лишь во втором порядке малости, что является признаком стабильности фокуса по отношению к небольшим изменениям питающих напряжений.

Достигаемый технический результат относительно конкретного значения стабильного фокусного расстояния заключается в оптимальном соотношении длины цилиндрических электродов и их диаметра, а также правильном выборе потенциала среднего электрода.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующим материалом частного и наиболее простого выполнения:

На фиг. 1 показан изометрический вид линзы.

На фиг. 2 - траектории электронов в меридиональном сечении линзы.

На фиг. 3 - зависимость относительного фокусного расстояния F/D от относительного значения а потенциала U2 второго электрода: a=(U2-U1)/(U3-U1).

Устройство работает следующим образом.

Потенциалы U1 и U3 крайних цилиндрических электродов Э1 и Э3 выбираются из учета необходимого ускоряющего напряжения и являются постоянными. Настройка фокусного расстояния F на максимальное значение осуществляется изменением величины потенциала U2 среднего электрода Э2 в соответствии с выражением U2=(U3-Ul)·a+U1, где параметр a варьируется в пределах 0,2÷0,3. Данное выражение справедливо для энергии влетающих в линзу электронов, равной |U3-U1|/2.

Таким образом, заявленная конструкция линзы обеспечивает стабильность фокусного расстояния по отношению к колебаниям потенциалов электродов.

Список литературы

1. Yavor М. Advances in imaging and electron physics, Volume 157: Optics of charged particle analyzers. Academic Press. 2009. 381 pages.

2. Gewartowski J.W., Watson H.A. Principles of electron tubes. D. Van Nostrand Company. 1965. 650 pages.