ЭЛЕКТРО́ННЫЕ ЛИ́НЗЫ

ЭЛЕКТРО́ННЫЕ ЛИ́НЗЫ, уст­рой­ст­ва, соз­даю­щие маг­нит­ные или элек­трич. по­ля для фо­ку­си­ров­ки элек­трон­ных пуч­ков и по­лу­че­ния элек­трон­но-оп­тич. изо­бра­же­ний. Ана­ло­гич­ные уст­рой­ст­ва для ион­ных пуч­ков на­зы­ва­ют ион­ны­ми лин­за­ми. Э. л. клас­си­фи­ци­ру­ют по ти­пу по­ля (маг­нит­ные, элек­тро­ста­ти­че­ские), по ви­ду сим­мет­рии (осе­сим­мет­рич­ные, ци­лин­д­рич., квад­ру­поль­ные и др.) и по др. ха­рак­тер­ным при­зна­кам.

Рис. 1. Электромагнитная электронная линза; z – ось симметрии; H – магнитное поле.

Маг­нит­ные Э. л. по спо­со­бу воз­буж­де­ния маг­нит­но­го по­ля де­лят­ся на элек­тро­маг­нит­ные и маг­ни­то­ста­ти­че­ские. Элек­тро­маг­нит­ная лин­за (рис. 1) со­сто­ит из ка­туш­ки 1, по ко­то­рой про­те­ка­ет ток, воз­бу­ж­даю­щий фо­ку­си­рую­щее маг­нит­ное по­ле в меж­по­люс­ном за­зо­ре 3 (ще­ли) лин­зы, маг­ни­то­про­во­да 2, ок­ру­жаю­ще­го ка­туш­ку, и по­люс­но­го на­ко­неч­ни­ка 4. По­след­ний из­го­тов­ля­ет­ся из маг­ни­то­мяг­ких спла­вов с боль­шой ин­дук­ци­ей на­сы­ще­ния и при­ме­ня­ет­ся в лин­зах с боль­шой оп­тич. си­лой (ма­лым фо­кус­ным рас­стоя­ни­ем). Фо­ку­си­ров­ка пуч­ка про­из­во­дит­ся ре­гу­ли­ро­ва­ни­ем то­ка воз­бу­ж­де­ния, ста­биль­ность ко­то­ро­го долж­на быть на уров­не, обес­пе­чи­ваю­щем низ­кие хро­ма­тич. абер­ра­ции.

Про­бле­ма ста­биль­но­сти фо­ку­си­рую­ще­го по­ля не воз­ни­ка­ет в маг­ни­то­ста­тич. лин­зе, по­ле ко­то­рой соз­да­ёт­ся с по­мощью по­сто­ян­ных маг­ни­тов. Од­на­ко в лин­зе с од­ним фо­ку­си­рую­щим по­лем об­ра­зу­ют­ся боль­шие по­ля рас­сея­ния во­круг её кор­пу­са, что ухуд­ша­ет элек­тро­оп­тич. па­ра­мет­ры лин­зы. В кон­ст­рук­ции, со­стоя­щей из двух маг­ни­то­ста­тич. линз, маг­нит­ный по­ток пол­но­стью замк­нут и про­ти­во­по­лож­но на­прав­лен­ные по­ля су­ще­ст­ву­ют толь­ко в меж­по­люс­ных за­зо­рах двух линз.

Абер­ра­ции маг­нит­ных линз за­ви­сят от маг­ни­то­дви­жу­щей си­лы и по­ло­же­ния плос­ко­сти пред­ме­тов от­но­си­тель­но фо­ку­си­рую­ще­го по­ля.

Рис. 2. Электростатическая линза – собирающая диафрагма с круглым отверстием: 1 – электрод-диафрагма; 2 – эквипотенциальные поверхности; 3 – траектории электронов; F – фо...

Элек­тро­ста­ти­че­ские осе­сим­мет­рич­ные лин­зы де­лят­ся на им­мер­си­он­ные, оди­ноч­ные и ка­тод­ные. Они со­сто­ят из не­сколь­ких элек­тро­дов разл. фор­мы, на­хо­дя­щих­ся под раз­ны­ми по­тен­циа­ла­ми. Про­стей­шей лин­зой яв­ля­ет­ся оди­ноч­ная диа­фраг­ма, по­ле ко­то­рой с од­ной или с двух сто­рон гра­ни­чит с од­но­род­ны­ми элек­трич. по­ля­ми. В за­ви­си­мо­сти от при­ло­жен­но­го к диа­фраг­ме по­тен­циа­ла V и на­прав­ле­ния при­мы­каю­щих по­лей она мо­жет быть как со­би­раю­щей, так и рас­сеи­ваю­щей. На рис. 2 пред­став­ле­но по­ле со­би­раю­щей лин­зы, к ко­то­ро­му с од­ной сто­ро­ны при­мы­ка­ет од­но­род­ное по­ле. Про­доль­ная со­став­ляю­щая на­пря­жён­но­сти по­ля E_z тор­мо­зит, а ра­ди­аль­ная со­став­ляю­щая E_r фо­ку­си­ру­ет элек­тро­ны.

Э. л. на­зы­ва­ют им­мер­си­он­ны­ми, ес­ли по­тен­циа­лы край­них элек­тро­дов раз­ные. В от­ли­чие от маг­нит­ных Э. л., в ко­то­рых ско­рость элек­тро­нов ме­ня­ет­ся толь­ко по на­прав­ле­нию, в элек­тро­ста­тич. лин­зах ско­рость элек­тро­нов из­ме­ня­ет­ся и по ве­ли­чи­не. По­сле­до­ва­тель­ность им­мер­си­он­ных линз, ус­ко­ряю­щих элек­тро­ны, об­ра­зу­ет ус­ко­ри­тель элек­тро­нов пря­мо­го дей­ст­вия. Фор­ма его элек­тро­дов (ци­лин­д­рич. или ко­нич.) эк­ра­ни­ру­ет элек­трон­ный пу­чок от влия­ния па­ра­зит­ных элек­трич. и маг­нит­ных по­лей. Энер­гия, при­об­ре­тае­мая элек­тро­на­ми в та­ком ус­ко­ри­те­ле, мо­жет дос­ти­гать не­сколь­ких МэВ.

В ка­тод­ной лин­зе пред­мет яв­ля­ет­ся ка­то­дом (ис­точ­ни­ком элек­тро­нов) и од­но­вре­мен­но элек­тро­дом оп­тич. сис­те­мы. Её на­зы­ва­ют им­мер­си­он­ным объ­ек­ти­вом, т. к. по­ка­за­те­ли пре­лом­ле­ния по обе сто­ро­ны лин­зы раз­лич­ные. В объ­ек­ти­ве про­ис­хо­дит ус­ко­ре­ние элек­тро­нов, ис­пу­щен­ных тер­мо-, фо­то-, ав­то­ка­то­дом или ка­то­дом вто­рич­ной эмис­сии, и фор­ми­ро­ва­ние его изо­бра­же­ния. Им­мер­си­он­ный объ­ек­тив, со­стоя­щий из ка­то­да и ано­да, не мо­жет фо­ку­си­ро­вать элек­трон­ные пуч­ки, по­это­му вво­дят до­пол­нит. фо­ку­си­рую­щий элек­трод или при­ме­ня­ют маг­нит­ное фо­ку­си­рую­щее по­ле.

Ци­лин­д­ри­че­ские маг­нит­ные и элек­тро­ста­тич. Э. л. фо­ку­си­ру­ют пуч­ки за­ря­жен­ных час­тиц в од­ной плос­ко­сти и по сво­ему дей­ст­вию по­доб­ны ци­лин­д­рич. лин­зам све­то­вой оп­ти­ки. Элек­троста­тич. ци­лин­д­рич. Э. л. со­сто­ят из ще­ле­вых диа­фрагм или про­доль­ных пла­стин – элек­тро­дов, рас­по­ло­жен­ных сим­мет­рич­но от­но­си­тель­но ср. плос­ко­сти, и дей­ст­ву­ют как оди­ноч­ные диа­фраг­мы или им­мер­си­он­ные, ка­тод­ные и оди­ноч­ные лин­зы.

Тран­сак­си­аль­ные элек­тро­ста­тич. лин­зы об­ла­да­ют сим­мет­ри­ей вра­ще­ния от­но­си­тель­но оси, ко­то­рая пер­пен­ди­ку­ляр­на оп­тич. оси. Пу­чок, вы­хо­дя­щий из к.-л. точ­ки пред­ме­та, по­сле фо­ку­си­ров­ки по­лем лин­зы ста­но­вит­ся ас­тиг­ма­ти­че­ским и об­ра­зу­ет два ли­ней­ных изо­бра­же­ния. Од­на­ко при над­ле­жа­щем под­бо­ре па­ра­мет­ров Э. л. изо­бра­же­ние мо­жет стать стиг­ма­ти­че­ским.

Квад­ру­поль­ные маг­нит­ные и элек­тро­ста­тич. лин­зы име­ют по­ля с дву­мя вза­им­но пер­пен­ди­ку­ляр­ны­ми плос­ко­стя­ми сим­мет­рии. Век­то­ры на­пря­жён­но­сти по­лей в об­лас­ти рас­про­стра­не­ния элек­трон­но­го пуч­ка поч­ти пер­пен­ди­ку­ляр­ны ско­ро­стям элек­тро­нов. Бла­го­да­ря это­му фо­ку­си­рую­щее дей­ст­вие на пуч­ки элек­тро­нов мно­го­крат­но воз­рас­та­ет по срав­не­нию с осе­сим­мет­рич­ным по­лем. Од­на квад­ру­поль­ная Э. л. не соз­да­ёт стиг­ма­тич. изо­бра­же­ния, она дей­ст­ву­ет в од­ной ме­ри­дио­наль­ной плос­ко­сти как со­би­раю­щая, а в дру­гой, ей пер­пен­ди­ку­ляр­ной, как рас­сеи­ваю­щая лин­за. Но два по­сле­до­ва­тель­но рас­по­ло­жен­ных и над­ле­жа­щим об­ра­зом ори­ен­ти­ро­ван­ных по ази­му­ту квад­ру­по­ля (дуб­лет) соз­да­ют стиг­ма­тич. изо­бра­же­ние с дис­тор­си­ей. Стиг­ма­тич. изо­бра­же­ние без дис­тор­сии по­лу­ча­ют с по­мо­щью двух дуб­ле­тов. Бла­го­да­ря боль­шой оп­тич. си­ле квад­ру­поль­ные сис­те­мы спо­соб­ны фо­ку­си­ро­вать пуч­ки за­ря­жен­ных час­тиц с боль­ши­ми энер­гия­ми.