现代光学导论第三次.pptVIP

束流密度01亮度02发散角03交叉斑直径04寿命05二、电子枪工作参数n——电子数目；01e——电子电荷量；02v——电子的运动速度；03束流密度单位时间单位面积内的通过的电荷量称为束流密度。偏压结构亮度的理论值为：灯丝温度影响亮度的因素：电子枪发射的每单位立体角的电流密度称为亮度。亮度热发射电子枪灯丝：高熔点，低逸出功Wu4.5eVLaB63.0eV色差消除：使用不同材料做成的凹凸透镜胶合起来可以对选定的两种波长消除色差。大小不同－横向色差。位置不同－轴向色差；位置色差放大率色差透镜的机械像差（1）电极电位扰动为：引入变量微分方程：边界条件：扰动电极上其他电极上非对中和倾斜将会引起束的偏移和彗差，椭圆变形将会引起像散。提高加工和装配的精度减小机械变形引起的像差，还应采用非对称场进行校正。空间电荷像差离子之间的库仑力作用简单模型下单位时间单位体积中全部离子能量分布的扩展为：为离子密度，为初始速度，为离子的电荷，为离子质量，为热力学系数，初始振动周期，为离子间为碰撞后散射偏转角等于的瞄准距离。的平均距离，离子间的库仑力主要集中在源发射区域附近和聚焦系统中，一般采用蒙那卡罗方法模拟仿真，库仑作用引起的像差主要包括四种：球差、轨迹偏移、散焦以及色差，其中色差方面的像差跟热初速有关，与源的参数关系最为密切，不能消除。“在静的旋转对称、无空间电荷的透镜成像系统中，球差系数恒大于零”。球差是轴上唯一不等于零的几何像差，对束的质量影响很大；“在静的旋转对称、无空间电荷的透镜成像系统中，色差系数恒大于零”。球差系数和色差系数作为透镜优化的目标。谢尔赤原理解析法、数值计算法和试验测量法数值计算法—精度高，成为目前最常用的方法，新的学科“计算电磁学”。解析法—电（磁）极形状较简单，定性分析特定场的性质，其它方法误差计算的理论依据。实验测量法—方便可靠、实用性，上个世纪中叶计算场分布的主要手段，缺点精度低。实用电磁场的求解方法电子光学系统的参数求解场分布－有限元素法和电荷密度法轨迹的求解－龙格-库塔法光学参量的求解－公式法、实际轨迹法和自动微分法自动微分算法中，向量同时包含函数值和各阶导数值，在求函数值的同时可自动求出任意阶导数；它能将函数求导运算转换为微分向量的代数运算，而没有算法误差。所以自动微分法轨迹追踪的同时能得到各阶像差系数，理论上消除了公式法计算光学参量时由高斯轨迹取代实际轨迹引进的偏差。仿真方法—有限差分法、有限元素法、边界元法和傅立叶展开法01仿真软件—ANSYS、ANSOFT、ADINA、ABAQUS、MSC和MEBS02计算电磁学设计一款TEM-分辨率0.25nm，加速电压200Kv物镜电子枪照明系统成像系统非相干照明—样品两点发射的电子波互不干涉无重原子的薄样品，Scherzer最佳欠焦量条件下“直观像”物镜球差系数1.38mm，最佳角8.49mrad。像差系数分清物方和像方内容回顾极限分辨率和点分辨率01艾里斑半径和球差斑半径：02当速度u与光速c可比时为:电子波长的计算MEBS程序示例采用有限元法计算的场分布单位：mm物镜的优化设计磁透镜的一般结构：极靴参数S/D的选择：极靴参数S/D的选择：S/D=1.8时，球差和色差对透镜的影响最小材料的选择：物镜加工材料的选择，极靴部分采用1J22铁钴合金，其它磁路部分采用DT4C电工纯铁。1J22:BS=2.4TDT4C:BS=1.6T物镜的关键参数：下极靴第一锥角下极靴第一锥角的选择：下极靴第一锥角的选择：物镜结构：物镜轴上磁场分布：物镜极靴和磁路上磁场分布：物镜光学特性：物镜的激励像平面位置物镜的光学特性参数透镜激励透镜中心主平面物方焦点焦距大小像平面放大倍率球差系数理论点分辨率优化目标分辨率9926.1700633.02mm634.7582mm632.9558mm1.8023mm809.4947mm96.565×1.25mm0.247nm0.25nm物镜极靴设计图*结构仿真受力仿真压力3500N自重有限元模型及载荷边界条件底面支撑变形云图透镜实物*电子枪的工作机理电子枪的基本参数电子枪的计算仿真与设计高亮度电子枪的设计实现一、电子枪的发射机理1A热发射—高温钨灯丝阴极2B场发射—105V/cm，肖特基效应3C量子隧道效应-STM4场发射分类