Рис. 4.6. Примеры линз-днаф-рагм:

а - собирающая линза; б - рассеивающая лииза

альные поверхности и примерное распределение потенциалов в линзе показаны на рис. 4.6.

Используя соотношение (4.3), можно показать, что диафрагма с отверстием может быть собирающей и рассеивающей линзой. В первом случае (рис. 4.6, а) электроны движутся в электрическом 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

f (4и)/{Е--Е,), (4.20)

где ZTi =С4/1 и/Гг =(С/з - f)/(/г - 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 непрерьшно изменяющимся показателем преломления. В силу этого линза-диафрагма самостоятельно не применяется, но входит в состав более сложных линз.

Одиночные линзы образуются тремя электродами, диафрагмами или цилиндрами. Крайние электроды имеют одинаковые потенциалы, отличные от потенциала среднего электрода. На рис. 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 сил электрического поля на электрон на участках й у Ь, Ср dp (? линзы. Разложим вектор напряженности электриче- ского поля Е в точке А на две составляющие (рис. 4.7, б) : продольную Епр и радиальную Е/. и определим направление силы F. . На участке аЬ сила направлена от оси, в то время как на участках be и cd она направлена к оси линзы. На последнем участке de направление силы

Ui и, Ui

Рис. 4.7. Пример одиночной линзы

аналогачно участку аЬ. Таким образом, в области поля, прилегающей к средней диафрагме (участок bed), электрон получает ускорение, направленное к оси, а в крайних областях (участки аЬ и de) - от оси. Поэтому центральную 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 одиночная линза действует как собирающая независимо от знака потенциала среднего электрода по отношению к крайним.

Иммерсионные линзы - линзы, по обе стороны которЪк 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 или их 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 фокусирующую область линэы 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 назьшается модулятором. Изменение потенциала модулятора позволяет изменять ток с катода, а следовательно, и ток электронного пучка. Второй электрод У имеет положительный потенциал и назьшается ускоряющим электродом или анодом.

Учитьшая, что скорости электронов в рассеивающей области / линзы намного меньше, чем в собирающей области , фокусирующее дей-

-Illll-

----

J iiiill!

Рис. 4.8. Иммерсионная линза

тпи.пг

lIlllZ/l

Рис. 4.9. Иммерсионный объектив:

а - схема расположения электродов; б - примерное распределение потенциала вдоль оси

ствие первой преобладает. Следовательно, в целом иммерсионный 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 MN до фокусов Д и/г (рис. 4.10).

Фокусное расстояние электронных линз связано с расстояниями от средней плоскости линзы до объекта /, и изображения /2 выражением:

fxlU + /27/2 =1-

(4.21)

Если /1 =/2 =/ (для одиношой линзы), уравнение (4.21) может быть приведено к виду:

llh + I 2 = 1 или / =

(1 + /2)

(4.22)

Величина 1 назьшается 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 считать, что внутри катушки в области, достаточно удаленной от ее концов, магнитное поле будет однородным.