Электронная оптика является разделом физики, в котором
рассматриваются вопросы движения заряженных частиц (электронов и ионов) в
электрических и магнитных полях, формирования и фокусировки потоков
заряженных частиц и получения изображений при помощи электронных и
ионных пучков.
Поэтому, разрабатывая программу, посвященную теме «Исследование
свойств пространственной фокусировки двумерной электронной линзы», в
первую очередь приходится обращаться к самым важным уравнениям и
теоремам физики.
Немаловажным является, что данная область физики ещё только
развивается, и может заинтересовать и увлечь в её изучении.
Разработку своего программного продукта я начну с расчета поля, в
котором движутся частицы, в конечном итоге образующие изображение.
Изучением движения заряженных частиц в электрических и магнитных
полях занимается электронная оптика. Название этой науки связано с глубокой
аналогией, которая существует между движением заряженных частиц в
электрических и магнитных полях и распространением света в неоднородных
оптических средах. Эта аналогия во многом помогла развитию электронной
оптики, особенно в области, связанной с созданием электронного микроскопа.
По подобию светооптических центрированных систем были созданы
электроннооптические системы с симметрией вращения – электронные линзы.
Методы расчета таких систем заимствованы из геометрической оптики. Оттуда
же взят ряд терминов.
Однако не следует переоценивать влияние световой оптики на
электронную. Все положения электронной оптики, установленные методами,
свойственными световой геометрической оптике, могут быть доказаны и путем
непосредственного исследования движения заряженных частиц в
электрических и магнитных полях. Необходимые дифференциальные
уравнения, описывающие это движение, заимствуются из динамики
материальной точки. В ряде случаев развитие электронной оптики шло своими
оригинальными путями. Многие электроннооптические приборы не имеют
аналогии в световой оптике, с которых они могли бы быть скопированы. К
таким приборам относятся, например, ускорители заряженных частиц,
некоторые типы бета- и масс-спектрометров. По многообразию оптических
элементов электронная оптика уже сейчас превосходит световую.
В данном дипломном проекте будут рассмотрены и изучены
светооптические свойства двумерной электронной линзы. К одному из таких
свойств можно отнести качество, получаемого изображения, что очень важно.
Качество изображения определяется величиной, называемой аберрацией.
Размытие изображения, полученного с помощью оптической системы,
является следствием ряда причин. Во-первых, оно связано с погрешностями
самой оптической системы. Так, например, при получении с помощью линзы
действительного изображения точечного предмета лучи, проходящие сквозь
линзу дальше от оптической оси, собираются ближе к линзе, чем лучи, идущие
вблизи этой оси. В результате изображение точки на перпендикулярном к оси
экране будет иметь форму кружочка, который даже самой тщательной
наводкой на фокус нельзя будет превратить в точку. Эта погрешность
изображения обусловлена формой поверхностей линзы. ....