電透鏡，可使電子束穿過後聚焦成像的旋轉對稱靜電場。
基本介紹
- 中文名：電透鏡
- 所屬學科：物理學
電子束通過旋轉對稱靜態電磁場時能夠實現聚焦、成像，這和光線通過玻璃透鏡所發生的現象十分相似。電子透鏡可分為電透鏡、磁透鏡和電磁復透鏡。在旋轉對稱的若干個導體電極上分別加上一定的直流電壓所形成的旋轉對稱電場，其性質直接和旋轉對稱軸上的電位分布有關。根據軸上電位分布的情況可把電透鏡分為四種類型：①單光闌透鏡。透鏡兩邊的電場強度為常數值。②浸沒透鏡。透鏡兩邊具有不同的電位。③單電位透鏡。透鏡兩邊的電位相等。④陰極透鏡。透鏡由發射電子的陰極、調製電子束的調製極（或稱為柵極）以及加速電子的陽極組成。這些透鏡的典型結構、透鏡子午面內的等位線和相應的電子軌跡，分別見圖1。除單光闌透鏡外，浸沒透鏡、單電位透鏡都是會聚透鏡。陰極透鏡通常也都做成會聚透鏡。它和後續的聚焦系統結合在一起可產生細電子束，廣泛套用於各種掃描器件和儀器。陰極透鏡也套用於電子光學的成像器件，如像增強器。這種情況下，陰極是大面積的光電發射源，它將投射到上面的光學像轉換成電子像，然後通過透鏡的聚焦作用成像於螢光屏上，再轉換為光學像，實現光學像的增強。改變透鏡中調製極和陰極之間的電位差可方便地調節電子束電流的大小。這種陰極透鏡中的陰極都是熱電子陰極，它靠燈絲加熱而發射電子。另一種陰極透鏡採用場發射陰極，藉助於陰極表面上存在著很強的電場而發射電子。場發射陰極可產生很高的亮度和細的電子束，因而廣泛套用於高性能的電子光學儀器。但它要求系統的真空度很高，而熱電子槍對真空度的要求要低一些。除了陰極透鏡外，其他電透鏡的聚焦成像是在旁軸條件下(電子離軸的距離很近)，電子軌跡的斜率也很小時才能實現，這稱為理想聚焦成像。事實上只能是近似地實現旁軸條件，因此實際電透鏡中都存在著像差。電透鏡的三級幾何像差圖形是各向同性的（圖2）。除了幾何像差外，還有色差。有關理想成像和像差的詳細內容，見磁透鏡。陰極透鏡中電子束的初始斜率可很大，因而它不滿足旁軸條件，但可用近軸電子光學理論和寬束電子光學理論來研究。現在電透鏡已廣泛地套用於日常生活、高新技術和軍事等各個領域。如電視機和計算機顯示器中彩色顯像管、電子顯微鏡、電子束和離子束曝光機、超大規模積體電路檢測設備以及紅外夜視儀、星光望遠鏡等。電透鏡較為輕便，耗費功率也較小，但調焦困難，焦距較長，像差較大。推薦書目 西門紀業.電子和離子光學原理及像差導論.北京:科學出版社,1983. 周立偉.寬束電子光學.北京:北京理工大學出版社,1993.
