用Simion的研究离子束聚焦.ppt

Your Subject Detailed Subject 使用Simion模拟离子束聚焦 （40课时） 聚焦原理简介 比较三种透镜汇聚效果 * 张代谦 / 06300720441 * 使用Labview观察二级相变（20课时） （不讲） 模拟离子束聚焦实验 1. 聚焦原理简介 * E 取中轴附近一个很小的圆柱空间 静电场散度为零要求侧面有柱对称分布的汇聚电场。 模拟离子束聚焦实验 1. 聚焦原理简介 * 上图所示透镜被称为浸没透镜。正离子从左侧发射进入透镜场区域，经历先发散后会聚的过程，由于在汇聚区域内具有较小的速度，故汇聚作用占优势。 不同的透镜有不同的汇聚和发散区域，下详 三种透镜示意图： 2. 比较三种透镜聚焦效果 * 模拟离子束聚焦实验 普通浸没透镜： 由两个圆筒电极构成 膜孔状浸没透镜： 由两个膜孔电极构成 单透镜： 三个圆筒电极构成，第一和第三电极有相同电位 * 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 A. 改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。 实验步骤： simion软件无法直接得到离子束半径，故取一平面使其垂直于中轴（x轴），发射1000个离子，得到1000个坐标；再用C程处理1000个坐标得到离开轴距离最大值作为离子束半径，改变截面位置，得到一条曲线。 * 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 A. 改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。 * 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 A. 改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。 * 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 A. 改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。 * 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 A. 改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。 结果分析： 改变电极上的电位差，普通透镜与单透镜聚焦效果差不多。随着电位差增大，焦距变短；聚焦效果越来越好，比值趋向10%。 膜孔状浸没透镜效果好于另外两种。随着电位差增大，焦距变短；聚焦效果维持在10%附近，变化不大。 膜孔状浸没透镜实现聚焦所需要的电位差较其他两种小。（优势） * 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 B. 改变离子发射半锥角，观察聚焦效果变化。 实验步骤： 设定此1000个离子发射的初始速度均匀分布在一个圆锥形区域内，改变该圆锥的半锥角，观察离子束聚焦半径随着该角度的变化规律。 得到聚焦半径的方法如前述。 （实际情况不可能是平行出射，必然有一个分布） * 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 B. 改变离子发射半锥角，观察聚焦效果变化。 （电极间电位差均设为1000V) 膜孔状浸没透镜效果好于前两者 * C. 聚焦效果与轴向电位曲线。 实验方法： 中轴处发射一中性粒子。每隔一个固定的时间间隔，记录该粒子处空间电位，由此得到中轴线上的电位曲线。 对其两次微商，观察透镜场对离子的影响。 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 * C. 聚焦效果与轴向电位曲线。 （普通浸没透镜） 发散 汇聚 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 * C. 聚焦效果与轴向电位曲线。 （膜孔状浸没透镜） 发散 汇聚 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 * C. 聚焦效果与轴向电位曲线。 （单透镜） 发散 汇聚 发散 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 * C. 聚焦效果与轴向电位曲线。 透镜场对离子的汇聚作用不仅由轴向电位二阶导决定，同时取决于离子在相应位置所待的时间 在汇聚处速度较慢，在发散处速度较快。 故总的效果是汇聚。 2. 比较三种透镜聚焦效果 模拟离子束聚焦实验 * 模拟离子束聚焦实验 2. 比较三种透镜聚焦效果 反映透镜场聚焦效果的量应该是 它越大，聚焦效果越强；反之亦然。 可看做透镜场整体对离子的汇聚效果。它与离子束的聚焦半径之间应该存在某种关系 (记为S) C. 聚焦效果与轴向电位曲线。 * 模拟离子束聚焦实验 2. 比较三种透镜聚焦效果 C. 聚焦效果与轴向电位曲线。 单透镜实验结果：（电压900V~1200V） * 模拟离子束聚焦实验 2. 比较三种透镜聚焦效果 C. 聚焦效果与轴向电位曲线。 普通浸没透镜实验结果：（电压750V~1050V） 谢谢！ * * * Your Subject Detailed Subject * * *