Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

II – переходная область между электронной пушкой и областью фокусировки. Переходная область – важнейшая с точки зрения формирования пучка.

III – область пролетного канала (пролетной трубы) 4, в которой могут располагаться резонаторы, например, в случае клистрона, или отклоняющие устройства, например, в случае сварочной установки. В этой же области располагается и фокусирующая система 5. Конструкции таких систем многообразны. Она может состоять из нескольких соленойдов или из одного длинного соленойда. Эта поперечно-ограничивающая (фокусирующая) система создает магнитное или электрическое поле, препятствующее расширению электронного пучка в пролетной трубе. В случае длинных пучков важно не допустить оседания части тока пучка на стенках трубы, т.е. обеспечить хорошее токопрохождение пучка.

IV – приемник, или коллектор пучка 6, который может быть как пассивным, т.е. служить для отвода электронов пучка из прибора (анод), так и активным. В последнем случае основной эффект, ради которого создается прибор и формируется пучок, происходит именно в приемнике, например, плавка или сварка электронным лучом.

Широкому распространению электронно-лучевых приборов способствовали замечательные свойства электронного луча – практическая безынерционность, позволяющая перемещать луч в пространстве со скоростью, соизмеримой со скоростью света, возможность при помощи электронного луча анализировать быстро протекающие процессы, передавать и принимать телевизионные изображения, «переносить» изображения из одной части спектра в другую, «записывать» и «считывать» различную информацию. Сфокусированные пучки заряженных частиц «работают» в различных ускорителях в ядерной физике (циклотрон, бетатрон, синхротрон, линейные ускорители и др.). Созданы приборы, в которых для получения увеличенных изображений малых объектов вместо световых пучков используют электронные – электронные микроскопы.

Электронные и ионные пучки находят все более широкое применение в технологии (плавка, сварка и обработка материалов, сверление, получение новых материалов, упрочение, создание полупроводниковых переходов и т.д.).

4 ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРИБОРЫ (ЭЛТ)

Электронно-лучевым называется электронный электровакуумный прибор, в котором используется поток электронов, сфокусированный в форме луча или пучка лучей. Электронно-лучевой прибор, имеющий форму трубки, вытянутой в направлении луча, называют электронно-лучевой трубкой. В зависимости от числа используемых лучей различают одно-, двух- и многолучевые приборы.

Электронно-лучевые приборы классифицируют по их назначению. Электронно-лучевые приборы, преобразующие электрический сигнал в видимое изображение, называют приемными электронно-лучевыми трубками; к ним относятся осциллографические трубки, трубки для индикаторных радиолокационных установок, приемные телевизионные трубки – кинескопы и дисплеи.

Электронно-лучевые приборы, предназначенные для преобразования оптического изображения в последовательность электрических сигналов, используемые для передачи телевизионного изображения, называют передающими трубками.

К электронно-лучевым приборам относят также запоминающие трубки – приборы, предназначенные для записи сигналов на диэлектрике с последующим воспроизведением в виде оптического изображения, электрического сигнала или того и другого. В большинстве запоминающих трубок для записи воспроизведения (считывания) сигналов используют один или несколько электронных лучей.

К электронно-лучевым трубкам относят электронно-оптические преобразователи (ЭОП) – электронные электровакуумные приборы, предназначенные для переноса изображения из одной спектральной области в другую с помощью пучка электронных лучей, хотя, строго говоря, в этих приборах нет отдельных сфокусированных пучков – лучей, а изображение переносится широким электронным потоком.

4.1 Фокусировка электронного потока в электрических полях

Более 100 лет назад английским ученым Гамильтоном была подмечена аналогия между распространением света и движением материальных частиц в силовом поле. Эта аналогия настолько значительна, что при рассмотрении движения электронов в электрическом поле удобно применять уравнения, определяющие прохождение света сквозь среды с различными оптическими характеристиками. Так например, оптический закон преломления

,

г де и – углы, образуемые падающим ( ) и преломленным ( ) лучами с нормалью к границе раздела двух сред, имеющих показатели преломления n и n , справедлив также для электронного луча, проходящего из области потенциала U₁ в область потенциала U₂.

При движении электрона через границу двух сред с различными потенциалами (рис. 4.1) составляющая скорости, параллельная поверхности раздела, остается без изменения, а составляющая, перпендикулярная этой поверхности, изменяется по величине (увеличивается при U₂ > U₁ ).

Равенство составляющих скоростей _y1 и _у2 можно записать в виде ₁ sin = ₂ sin. Если электрон влетает в область потенциала U₁ c нулевой начальной скоростью, то, учитывая, что скорость определяется величиной электрического поля, можно записать:

;

Подставляя эти значения скоростей в предыдущее уравнение, получаем

;

Из этого выражения следует, что при переходе электрона в среду с более высоким потенциалом угол отклонения его от нормали уменьшается, в противном случае электрон удаляется от нормали. При этом роль показателя преломления играет величина .

Таким образом, рассматривая поверхности равного потенциала как преломляющие поверхности оптической среды, можно, используя законы световой оптики, найти траектории электронов в электрических полях.

Расчет электрических полей, используемых для формирования, фокусировки и отклонения электронных пучков, сводится к нахождению распределения потенциала в функции координат.

В электронно-лучевых приборах для фокусировки электронных пучков служат электрические и магнитные поля, обладающие симметрией тел вращения.

Движение заряженных частиц в таких полях аналогично распространению света сквозь линзы. Любое неоднородное электрическое или магнитное поле, обладающее осевой симметрией, в приосевой области обладает свойствами электронной линзы.

В электронной оптике различают линзы – диафрагмы, одиночные линзы, иммерсионные линзы, иммерсионные объективы, электронные зеркала, магнитные линзы, квадрупольные линзы и др.

Что будет с параллельным пучком электронов, если он будет проходить из области с U₁ в область с U₂ и граничная поверхность сферическая (рис. 4.2).

Рис. 4.2 – Фокусировка электронов

При U₂> U₁ , когда ₁ >₂, электрон пересечет ось в точке F, это фокусная точка.

Поле в этом случае обладает собирающим действием. Величину фокусного расстояния f легко найти, если d мало, электрон лежит недалеко от оси, ₁ и ₂ – небольшие:

Фокусное расстояние не зависит от d, т.е. электроны всего пучка собираются в одной точке (фокусе).

Аналогично для U₂< U₁ пучок рассеивается на границе.

Эти поля образуют электронные линзы. В практике таких линз нет. Обычно не бывает таких резких скачков потенциалов. Однако и при плавном изменении поля будет плавное изменение скорости и направления электронов.

Электронная линза состоит из двух цилиндров или двух диафрагм с разными U₁ и U₂ (рис. 4.3).

U₁ U₂

1

2

Рис. 4.3 – Электронная линза

Тонкие линии – это эквипотенциальные поверхности. Выпуклость внутрь цилиндра.

Допустим U₂> U₁. В цилиндре 2 потенциал по мере удаления от оси увеличивается и точка с тем же потенциалом располагается ближе к цилиндру 1. Аналогично и в цилиндре 1.

При U₂< U₁ будет то же самое. Надо перевернуть рисунок, но он симметричный.

Для U₂> U₁ траектория электронов показана штриховой линией. Все электроны в месте стыка цилиндров будут направлены к оси. В цилиндре 2 они встречают рассеивающее поле, и электрон будет удаляться от оси.

При любом соотношении потенциалов линза  собирающая. Преобладает собирающее поле над рассеивающим, ибо электрон первое поле проходит с меньшей скоростью, большее время подвергается действию электрического поля и сильнее отклоняется, чем во втором. Собирающее действие иммерсионной линзы (f) зависит от .

Иммерсионная линза

У иммерсионной электронной линзы электронно-оптические показатели преломления и потенциалы справа и слева от линзы постоянны, но не равны.

Такая линза может быть образована двумя диафрагмами с разными потенциалами (рис. 4.4, а), комбинацией (рис. 4.4, б) диафрагмы и цилиндра или двумя цилиндрами (рис. 4.4, в).

В
о всех случаях между электродами, образующими линзу и имеющими различные потенциалы U₁ и U₂, образуется аксиально-симметричное поле, являющееся электронной линзой. Рассмотрим иммерсионную линзу, состоящую из двух цилиндров и U₂> U₁ (рис. 4.5).

Характер изменения потенциала по оси симметрии линзы представлен на рис 4.5.

Видно, что с оптической точки зрения поле линзы состоит из двух частей – собирающей, в области цилиндра с потенциалом U , и рассеивающей, в области цилиндра с потенциалом U . Результирующее же действие иммерсионной линзы всегда собирающее, потому что электроны проходят собирающую область поля линзы с меньшими скоростями, чем рассеивающую.

Общие свойства иммерсионных линз:

1. Иммерсионные линзы всегда собирающие;

2. Они несимметричны, т.е. их фокусные расстояния f и f неравны и относятся как

.

1. Иммерсионная линза, создавая электронное изображение, должна изменять энергию создающего это изображение электронного пучка.

Одиночная линза

Под одиночной линзой в электронной оптике понимается область аксиально-симметричного электрического поля, у которого электронно-оптические показатели преломления, а следовательно, и потенциалы справа и слева от линзы постоянны и равны между собой. Одиночная линза может быть образована различными комбинациями из трех, а иногда и из двух коаксиальных электродов (цилиндров, диафрагм). Потенциалы крайних электродов линзы равны.

Характеристики

Список файлов книги