Большая энциклопедия техники

В электронно-оптических устройствах широко используются магнитные и электрические поля, имеющие симметрию вращения относительно оптической оси системы. Электронные линзы и электронные зеркала с подобными полями называются осесимметричными. Электрические поля с симметрией вращения образуются электродами в виде диафрагм с круглыми отверстиями, чашечек, цилиндров и т. п. Для получения осесимметричных магнитных полей применяют электромагниты (редко постоянные магниты) с полюсами, имеющими форму тел вращения или тороидальных катушек с намоткой из изолированной проволоки, по которой протекает электрический ток. Осесимметричные зеркала и линзы образуют правильные электронно-оптические изображения, если заряженные частицы движутся довольно близко к оси симметрии поля, а их начальные скорости незначительно отличаются друг от друга. Если данные условия не выполняются, погрешности изображения становятся довольно значительными. Когда изображение и предмет находятся за пределами поля, осесимметричные электронные линзы всегда являются собирающими. В электростатических осесимметричных электронных линзах, как и в светооптических линзах, имеющих сферические поверхности, изображение может быть только перевернутым или прямым, в магнитных электронных линзах оно еще дополнительно повернуто на некоторый угол. Электронно-оптические свойства поля с симметрией вращения обусловливаются положением его основных точек, подобных основным точкам светооптических осесимметричных изображающих систем: двух узловых точек, двух главных точек и двух фокусов. Построение изображения осуществляется по правилам световой геометрической оптики. Электростатическим осесимметричным полям присущи те же пять видов геометрических аберраций третьего порядка, что и центрированным светооптическим системам сферических поверхностей: кривизна поля изображения, сферическая аберрация, астигматизм, дисторсия и кома. В магнитных полях к этим пяти добавляются еще три: анизотропные дисторсия, кома и астигматизм. Помимо этого существуют три вида хроматических аберраций, определенных некоторым неизбежным разбросом энергий, которые поступают в поле частиц. Аберрации полей с симметрией вращения в сравнимых условиях сильно превышают по величине аберрации светооптических центрированных систем, т. е. электронные зеркала и электронные линзы по качеству значительно уступают светооптическим. Вопрос о компенсации аберраций или их снижения является одним из главных в теории электронной и ионной оптики.

Существуют и другие типы электронных зеркал и электронных линз, поля которых имеют различные виды симметрии. Они образуют изображения точечных объектов в виде отрезков, однако иногда могут осуществлять и стигматическую фокусировку. Так называемые магнитные, электростатические и цилиндрические зеркала и линзы создают линейные изображения точечных предметов. Поля в подобных электронных линзах «двумерны» и симметричны относительно некоторой средней плоскости, около которой движутся заряженные частицы. В ряде аналитических электровакуумных устройств высококачественная фокусировка нужна только в одном направлении. В подобных случаях целесообразно использовать так называемые трансаксиальные электростатические электронные линзы или трансаксиальные электронные зеркала, аберрации которых в средней плоскости весьма малы. Для воздействия на пучки заряженных частиц с большими энергиями применяют квадрупольные электронные линзы (магнитные и электрические). Для отклонения пучков заряженных частиц применяют электроннооптические устройства с магнитными или электрическими полями, направленными поперек пучка. Элементарным электрическим отклоняющим элементом является плоский конденсатор. В электроннолучевой трубке с целью уменьшения отклоняющего напряжения используют системы с электродами более сложной формы. Магнитные поля, которые предназначены для отклонения пучков, образуются проводниками или электромагнитами, по которым протекает ток.

Весьма разнообразны формы отклоняющих магнитных и электрических полей, используемых в аналитических приборах, в которых применяется свойство этих полей разделять заряженные частицы по массе и энергии. Широко применяется также их свойство фокусировать пучки. Электрические поля, как правило, формируются различными конденсаторами: сферическим, цилиндрическим, плоским. Из магнитных полей часто используются секторное поле и однородное поле. Для улучшения качества фокусировки искривляют границы секторных магнитных полей, а также используют неоднородные магнитные поля, напряженность которых изменяется по определенному закону.