электровакуум.приборы (Гуртовник А. Г., Точинский Е. Г., Яблонский Ф. М. - Электровакуумные приборы и основы их конструирования), страница 12

Радиус спирали В = (тп,у/еВ) вш а; (4.17) шаг спирали Ь = ТУ сова. (4.18) Подставляя значение Т из формулы (4.15), получаем 6 = (2птле/еВ)у сова. (4.19) Подчеркнем, что магнитное поле в отличие от электрического дей. ствует на электрон только в том случае, если при своем движении он пересекает силовые линии поля. Магнитная сила всегда перпендикулярна скорости электрона и поэтому не совершает никакой работы.

Она может изменить только направление движения электрона. Действие электрического и магнитного полей на движущийся электрон широко используется в электронных приборах. Например, в телевизионных трубках фокусировка и управление электронным потоком осуществляется с помошью электрических и магнитных полей. 4.4. ЗЛЕКТРОННЫЕ ЛИНЗЫ Общие сведения. В большинстве электронно-лучевых приборов для фокусировки электронных пучков используются электрические и магнитные поля, которые обладают симметрией врашения, т. е.

симметричны относительно некоторой оси. Такие неоднородные аксиально-симметричные поля называются электронными линзами. Их фокусируюшее действие аналогично действию светооптическнх линз с осевой симметрией на пучок световых лучей. В качестве линз используют также аксиально.симметрнчные однородные магнитные поля. Аксиально.симметричные электрические поля могут быть созданы комбинацией электродов (имеюших общую ось симметрии), на которые подаются различные потенциалы.

Форма электродов может быть весьма разнообразной, например в виде полых цилиндров, диафрагм (круглых дисков с центрптьным отверстием) . Магнитные электронные линзы могут быть созданы катушками, обтекаемыми током, или постоянными магнитами. Электростатические линзы. Электронные линзы по характеру электростатических полей можно классифнШтровать на следуюшие типы: линзы-диафрагмы, одиночные, иммерсионные линзы и иммерсионный объектив. Линзы-диафрагмы — линзы по обе стороны которых находятся области с однородным полем, имеющие разные потенциалы. Эквипотенци- 55 Рис. 4.6.

Примеры линз-лнефрегм: а — собирающая линза„б— рассеивающая линза альные поверхности и при- о)=0 уа уг и~=0 да ц мерное распределение потенциалов в линзе показаны на рис. 4.6. Используя соотношение (4.3), можно показать, что диафрагма с отверстием может быть собирающей и рас- е д) 2 сенваюшей линзой.

В пер- а) вом случае (рис. 4.6, а) электроны движутся в зцектрическом поле от низшего потенциала к высшему и пересекают эквипотенциальные поверхности, отклоняясь в сторону нормалей этих поверхностей. Во втором случае (рис. 4.6, б) электроны движутся от высшего потенциала к низшему и отклоняются от нормалей.

Фокусное расстояние подобной линзы можно определить по приближенной формуле 7 - (4Ц) !(Еа — Ее), (4.20) где Е, = Оэ/Ы, и Ет =((гэ — Оэ) Из — напряженности поля слева и справа от диафрагм. Особенность этой линзы заключается в том, что к диафрагме по крайней мере с одной стороны, должно примыкать электростатическое поле, которое является средой с непрерывно изменяющимся показателем преломления, В силу этого линза-диафрагма самостоятельно не применяется, но входит в состав более сложных линз. Одиночные линзы образуются тремя электродами, диафрагмами нли цилиндрами.

Крайние электроды имеют оцинаковые потенциалы, отличные от потенциала среднего электрода. На рнс. 4.7 изображена одиночная линза и ее оптический аналог. На этом же рисунке показано распределение потенциала вдоль оси линзы и изображение траектории электронов. Рассмотрим действие снл электрического поля на электрон на участках а, Ь, с, е(, е линзы. Разложим вектор напряженности электрического поля Е в точке А на две составляющие (рнс. 4.7, б): продольную Е„р и радиальную Е, и определим направление силы Ег . На участке аЬ сила направлена от оси, в то время как на участках Ьс и се( она направлена к оси линзы.

На последнем участке е(е направление силы Ег 56 уе д "г ю линзы аналогично участку аЬ, Таким образом, в области поля, прилегающей к средней диафрагме (участок Ьсе7), электрон получает ускорение, направленное к оси, а в крайних областях (участки аЬ и е(е) — от оси. Поэтому централыгую область поля следует рассматривать как собирающую линзу, а крайние области — рассеивающие линзы. Поскольку в центральной области скорость электронов мала, а в крайних велика, то общее действие этой линзы будет собирающим. Отметим, что одиноч. ная линза действует как собирающая независимо от знака потенциала среднего электрода по отношению к крайним, Иммерсионные линзы — линзы, по обе стороны которых лежат области постоянных, но разных по значению потенциалов.

Свое название они получили по аналогии с оптическими линзами, помещенными на границе двух различных сред, например воздуха и какой-либо иммерсионной жидкости (воды или масла). Подобные линзы образуются обычно двумя диафрагмами, двумя цилиндрами нли нх комбинацией. Характер распределения потенциала вдоль оси линзы приведен на рис. 4.8. Общее действие иммерсионной линзы на электронный пучок является собирающим, как и при использовании одиночной линзы, электроны проходят фокусируюшую область линзы медленнее, чем рассеивающую. Разновидностью иммерсионной линзы является иммерсионный объектив (рис.

4.9). Он состоит из катода и двух электродов, Первый к катоду электрод М имеет отрицательный потенциал относительно катода и называется модулятором. Изменение потенциала модулятора позволяет изменять ток с катода, а следовательно, и ток электронного пучка. Второй электрод У имеет положительный потенциал и называется ускоряющим электродом нли анодом. Учитывая, что скорости электронов в рассеивающей области1 линзы намного меньше, чем в собирающей области П, фокусируюшее дей- 57 + :~1Д7 к м 1 11 пп',11~ лг ! ~ гг, с пмгг и« ' пии,~ а) ' сгу ! Рнс. 4.10.

Построение изображения н тонкой линзе Рис. 4 9. Иммсрсионный объектив: а — схема расположения электродов; б — примерное распределение потенциала вдоль оси Рис. 4.8. Иммерсионная линза стане первой преобладает. Следовательно, в целом иммерснонный объектив действует как собирающая линза. Фокусное расстояние является основным параметром линзы. Если известен этот параметр, а также положение и размеры объекта относительно линзы, можно, пользуясь методами световой оптики, построить изображение предмета, Проще всего эти построения осуществить для тонкой линзы, т. е. линзы, толщина которой мала по сравнению с расстоянием от средней плоскости Мгт' до фокусов /г и/г (рис.

4.10). Фокусное расстояние электронных линз связано с расстояниями от средней плоскости линзы до объекта /г и изображения 1г выраже. пнем: (4.21) Уг/1! + /г/1г Если /г = /з =/ (для одиночной линзы), уравнение (4.21) может быть приведено к виду: 1г1г 1//г + 1/1, = 1// или (4.22) (1 ° .) ' Величина 1//' называется оптической силой линзы. Чем меньше /, тем сильнее преломляющее действие линзы и больше ее оптическая сила. Магнитные линзы.

Длинная магнитная линза представляет собой катушку цилиндрической формы (соленоид), длина которой значительно больше ее диаметра. Если через катушку пропустить постоянный ток, то вокруг ее витков образуется магнитное поле. Можно считатьх что внутри катушки в области, достаточно удаленной от ее концов, магнитное поле будет однородным. 58 Пусть в области однородного поля из точки А вылетают электроны с одинаковымн скоростями. Рассмотрим движение так называемых параксиальных электронов, т. е, электронов, мало удаленных от оси симметрии и имеющих скорости, почти параллельные ей (рис. 4,11).

Разложим начальную скорость электрона у на две составляющие, из которых одна упр параллельна силовым линиям поля, а другая у перпендикулярна им. Под действием радиальной скорости ур электрон будет вращаться по окружности в плоскости, перпендикулярной оси. Кроме этого движения из-за наличия скорости у„р электрон будет смещаться с постоянной скоростью вдоль оси. Результирующая траектория электрона представляет собой винтовую линию. Как было показано в б 4З, радиус, шаг и период этой траектории определяются по формулам (4.1 7) — (4.19) .

сгсс %ус Рис. 4.11. княжение эпектроноа а поле длинной магнитной линзы: а — проекция траектории электрона на плоскость, перпендикулярную ося трубки; б — траектории эпектронон 11 — 31 и их проекции 59 т а) рнс. 4.12. Маглнтнал лннзе, образованнсл полем короткой катушки: а — траскторна электрона; б — проекция траектории на плоскость, перпсьднкулярную оси Полагая для параксиальных электронов сова 1, получаем значение для шага Ь = 2ншер/еВ, одинаковое для всех электронов. Таким образом, все электроны пучка, вылетевшие иэ точки А через время Т (один период), соберутся в точке С, образуя изображение обьекта А. Следовательно, однородное магнитное поле длинной катушки является своеобразной линзой, отличающейся по характеру своего действия от обычных линз.