动态电子光学的时间渡越弥散的研究

在动态电子光学中,由光电子的发射初能量分散所引起的一级时间像差(被称为时间渡越弥散)被认为是高速摄影变像管相机时间分辨率的基本限制。早在20世纪50年代,苏联的ЗавоискиЙ-Фанченко便提出关于渡越时间弥散Δt的公式:

式中,m 0/e为电子的荷质比,E c为阴极面的场强,而εz为逸出电子的轴向初能量。这说明时间像差在一级近似下(即时间渡越弥散)与逸出电子的轴向初能量和阴极面上的场强有关,而与系统的放大率无关;但他们的公式中没有表达像面位置的参量。40余年来,人们普遍认为,时间渡越弥散与成像面的位置无关。

但是,在研究静电像管的电子光学时,由光电子的发射初能量分散所引起的二级横向像差(也可认为是空间渡越弥散)乃是静电聚焦像管空间分辨率的基本限制。它由二级横向像差Δr的Recknagel-Арцимович公式来表述,如下式所示:

式中,M为系统的放大率,E c为阴极面的场强,εr和εz分别为逸出电子的径向和轴向初能量,而εz 1为成像面位置所对应的轴向初能量。由此可见,表示空间偏离的一级横向像差与电子逸出的轴向初能量、阴极面上的场强,以及系统的放大率有关,更与成像面的位置有关。

不难看出,式(25)与式(26)之间存在某种不协调性与不对称性。这两个式子表明,决定系统空间分辨率和时间分辨率的横向像差和时间像差的主项与电极结构和电位分布无关,而与电子的轴向逸出初能εz和阴极面上的场强E c有关。这两个式子的差异在于,式(26)中含有放大率参量M以及与理想成像位置相对应的电子轴向初能量εz1的参量;但式(25)中既不包含放大率的参量,也不包含与εz相比较的εz1的参量。

实际上,关于电子光学成像系统的空间像差或时间像差,本来是同一事物(即由阴极面逸出的光电子的发射初能量分散)在某一成像面上所显现的空间弥散特性,或是在空间某一位置(包括成像面位置)处所显现的时间弥散特性。我们可以理解式(25)没有引入放大率的参量。因为时间像差乃是两条不同的电子轨迹(实际轨迹与近轴轨迹)在任一位置z(包括成像面位置)处时间离散,而空间像差必须在εz1所对应的成像位置处衡量;但是在式(25)中没有引入εz1的参量显然是不协调的。这种不协调性唯一可以统一起来解释的是,目前普遍采用的评价时间渡越弥散或时间像差理论是以某一轴向初能量εz1=0的电子作为比较基准来探讨轴向初能量εz不等于零的电子所构成的时间离散或形成的时间像差。

解决上述问题或证明我们的观点的最好的理想模型是两电极同心球系统。我们从这一模型导出了一级与二级时间像差的表达式。其一级时间像差,即时间渡越弥散如式(27)所示:

这说明,在一般情况下,时间渡越弥散与成像面的位置有关,而与放大率无关。

在此基础上,我们可以把研究较为成熟的静态宽束电子光学的调制传递函数这一套方法,特别是我们所创造的三维曲面成像系统的电子光学传递函数的研究移植到研究动态宽束电子光学的时间调制传递函数上来,从而进一步推进了这一领域的理论研究。