电磁复合聚焦成像系统的静动态电子光学的研究

我们的前期研究着重是在静态、静电宽电子束成像电子光学领域, 自21世纪初,我们把重点转入动态、电磁复合宽电子束成像电子光学领域。我们依然由特殊性着手,先研究电磁复合同心球系统,导出了该系统的近轴方程的两个特解的解析表达式以及近轴电子轨迹的转角的解析表达式,探讨了近轴成像性质,并把结果推广到两电极静电同心球系统、均匀平行复合电磁系统和静电近贴系统中,证明了近轴横向像差由近轴色球差、近轴放大率色差以及近轴各向异性色差所组成。同样,对于复合电磁同心球系统,近轴纵向像差和近轴色球差的主项均不受磁场的影响,且决定极限空间分辨率的二级近轴色球差依然能以莱克纳格尔—阿尔齐莫维奇(Recknagel-Artimovich)公式描述。近轴放大率色差是静电场和磁场共同造成的,但磁场的影响要比电场的影响大一些;而近轴各向异性色差纯粹是由磁场造成的,此二像差的数量级均可以与近轴色球差相比拟。

这一研究得到的一个重要的结果是,无论对于静电还是电磁复合成像电子光学系统,在理想成像位置处,特解v(z i,εz)、w(z i,εz)可表示为:

对电磁复合成像系统,在成像平面上,由于磁场的存在,图像转角的表达式为

这里k 2=

,i=。

这是成像电子光学的一个非常重要的表达式,由它传递了一个不平常的信息,即特解v(z i,εz)在像面处仅与线放大率M,阴极面的电场强度E c和像面处的电位ϕac相关,而与磁感应强度B 0无关。在成像平面上,特解v(z i,εz)的主要部分乃是一个一级近似的小量,特解w(z i,εz)仅有一个二级小量的影响,而图像转角对横向像差倒有一个一级小量的影响,而这是成像电子光学研究中首次明确得到的结论。

通过复合电磁同心球系统的理想模型,我们还导出了由电子光学近轴方程的二特解按幂次排列的渐近解表示,它与以解析解展开的近似解表示是完全一致的,从而证明在复合电磁成像系统中渐近解求解近轴方程确实是一条可行的途径。

对于电磁复合成像系统的时间像差,与横向像差的定义一样,我们把时间像差分为近轴时间像差和几何时间像差,利用直接积分法和τ变分法首次求解出电磁复合聚焦电子光学系统的各级时间像差系数。