利用微分代数方法计算实际电子透镜的高阶像差

微分代数是计算机数值分析领域中的一个非常有效的新方法,它以非标准分析理论为基础,可以方便地实现任意高阶微分的运算。利用微分代数扩展数的映射关系,可以非常有效地处理一些困难的非线性动力学问题[1],包括电子光学的高阶像差问题。但是,已有的研究限于电子光学系统的电磁场具有解析表达式的情形。本文根据微分代数的基本原理,将其用于实际电子光学聚焦系统高阶像差的数值模拟和计算,计算了电子透镜的五阶几何像差。这些电子透镜的电场及磁场的分布,是根据实用的FEM或FDM等数值方法的计算结果,以数组形式给出的。因而这一计算方法可以应用于工程的设计计算问题。编写了相关的计算软件,该软件的界面可以方便地应用于实际的电子透镜系统的高阶像差计算。对于一个电磁透镜例的计算结果表明,这一计算方法具有足够高的精确度,其精度仅受限于机器精度和算法误差,完全可以满足工程计算的需要。

微分代数方法在静电电子透镜任意高阶像差分析中的应用

微分代数是计算机数值分析领域中的一个非常有效的方法,它以非标准分析理论为基础,可以实现任意高阶微分的准确计算.本文根据微分代数方法的基本原理,将其引入到静电电子透镜的任意阶像差分析的计算中.通过计算例子,可以看出微分代数方法的计算结果非常精确,精度仅受限于机器精度和算法误差.同时结合微分代数方法可以很方便地计算到任意高阶像差的特性,给出了所研究的透镜全部五阶像差的分布图形.

磁电子透镜的磁路设计

本文针对一些典型几何形状的磁路,特别是易于发生饱和的关键部位(如极靴锥面部分,透镜铁芯的根部),在对其磁力线分布提出相应的近似模型后,通过计算磁路表面的磁通密度,得出进入磁路的磁通量,结合磁路各部分的截面积,求得各处的磁通密度。所获结果简单而便于应用。用此方法设计了DX-4型透射电子显微镜和DX-3型扫描电子显微镜的物镜磁路。与实测结果偏差在20%以内。因此,在选用适当的保险系数后,用本文方法可作出近似而快速的磁路设计。

微扰法在静电电子透镜容差计算中的适用性分析

对微扰法在电子光学系统容差计算中的适用性进行了分析．针对电极偏心和电极加工不圆这两种常见缺陷，研究了２个解析模型———偏心双圆筒电容器和共焦椭圆柱电极，推导了其电位分布的表达式．并用所编写的基于微扰法的计算软件，计算了相应的缺陷电极结构的电场分布．将数值计算结果与解析解对比，得到了微扰法的计算误差关于电极缺陷与尺寸比的变化曲线．结果表明，形位公差为１～３级时，微扰法的计算误差仅为１０－４。

基于微扰理论的静电电子透镜的缺陷电场计算

研究了用于计算电子光学系统的缺陷电场和容差的微扰理论。基于微抗原理，推导了计算静电电子透镜由于电极偏心、倾斜和加工不圆造成的电场变化及其旁轴多极场展开函数的九点有限差分公式，编制了计算软件。建立了两个电场解析模型，通过该模型的解析解与数值计算结果的对比，证实了算法及软件的正确性，并据此讨论了微扰理论用于容差计算的适用范围。计算了几个静电电子透镜的例子，给出了不同电极缺陷的电位分布和微扰多极场分布。

电子透镜的两种逆设计方法比较

分别讨论了最小二乘法和神经网络法用于电子光学透镜逆设计的情况,并比较了各自优缺点。可以看到在较好的选取学习样本情况下,神经网络技术在电子透镜的逆设计中有着明显的优越性。

用数值逼近方法研究组合电子透镜的电势

应用数值逼近法研究组合电子透镜的电势 ,并能够计算出通过电子透镜的不同电子路径焦距的微小变化。

双自由度诊断高能电子透镜成像技术

电磁场及流体演化过程信息的获取在高能量密度物理、可控核聚变及实验天体物理的研究中起着重要的作用,然而在实验过程中,电磁场信息及流体信息的同步获取是非常困难的。基于高能电子透镜成像技术,利用面密度差分的方法,提出了一种可以实现面密度和场积分强度同时获取的双自由度诊断设计方案。结合了蒙特卡罗模拟和束流光学分析,该方案在相对较强的电磁场情况下的适用性得到了验证。此外,我们可以通过改变Fourier面处光阑的形状将其适用区间扩展到低电磁场强度相空间。结合高能电子束相对论速度及超短脉冲的特点,该技术非常适用于磁流体超快演化过程的诊断。

双光阑电子透镜的数学模型

本文提出一个双光阑电子透镜的通用数学模型,它具有a和b两个特征参数,参数b是调整透镜不对称程度的,而参数a则可控制透镜中的电位分布.当b等于零时,它简化为文献[1]提出的数学模型,而当a、b同时为零时,则简化为众所周知的Bulter型.本文还依此数学模型中参数a、b的取值,讨论了透镜的像差特性和焦点特性.

磁透镜极靴形状对其电子光学参量的影响

本文通过对三种类型实用磁透镜的系统研究,提出可用形状参量W=(D_2D_1)/2S来表征极靴形状对其电子光学参量的影响。在磁路设计良好并满足弱磁激励的条件下,若W<0.7,极靴形状将影响电子光学参量;若W>0.7,则影响可基本忽略。

等半径静电三筒电子透镜场分布的解析式

采用电位的叠加原理和分离变量法求解在给定边界条件下的拉普拉斯方程．得到等半径三圆筒电子透镜场分布的解析表达式．

人工神经网络用于研究电子枪主透镜的逆设计

用人工神经网络的方法研究着屏电子束斑与电子枪主透镜的关系 ,该方法可以避免复杂的电子光学数值计算。当网络体系建成后 ,在很短的时间内即可由已知的着屏电子束斑逆推出电子枪主透镜的结构。同时可以看出在较好的选取学习样本的情况下 ,人工神经网络是求解电子光学系统逆设计的一个行之有效的方法。

用液晶元件实时修正电子透镜的球面象差

用液晶元件实时修正电子透镜的球面象差电子显微镜的分辨率很大程度上受物镜球差的限制，因而修正该球差，提高电子显微镜的分辨率，是人们多年的梦想。新技术事业团的外村相位信息计划的图象分析小组，利用液晶元件所具有的光调制功能，开发成功兼有光学修正法之高速性和...

宽束大物面电磁聚焦系统的弯曲轴电子光学像差理论

本文研究了宽束大物面电磁聚焦系统弯曲轴电子光学象差理论。我们引进了旋转的曲线正交坐标系,导出了主轨迹方程、一级近似的弯曲轴近轴轨迹方程,讨论了理想成象性质。本文定义了象差积分函数,导出了形式简洁的全部二级象差函数。

面对称静电场中曲轴宽电子束聚焦的象差理论

在宽电子束聚焦普遍理论的基础上,研究了面对称静电场中曲轴宽电子束聚焦的象差理论,讨论了曲轴横向象差的定义,给出了象差方程和象差系数,并将曲轴宽电子束聚焦的象差理论应用于轴对称静电阴极透镜。所得结果适宜于计算机处理。

宽电子束聚焦的变分理论

假定空间静电电位φ的磁感应强度矢量(?)在实验室坐标系中的分布是已知的,利用变分方法研究了正交和非正交两种曲线局部坐标基下宽电子束聚焦的普遍理论.将变分原理下的细电子束聚焦推广到宽电子束聚焦,证明了其结果与用电动力学方法研究宽电子束聚焦的一致性。

亚埃分辨率像差校正透射电子显微镜进展

电子显微镜是人类认识自然,特别是微观世界的有力武器。近年来,由于在电子透镜像差校正方面的重要突破,使得无论在电镜制造及应用研究方面,都有惊人的进展。电子显微镜目前正处于革命性发展阶段,其标志是分辨水平在进入本世纪之后有异乎寻常的提高,其点分辨率达到了亚埃(1埃=0.1纳米)水平,已对和将对纳米科技、信息、生物等高科技领域产生有力的冲击。国际上发达国家对研发与高技术休戚相关的物质表征技术与设备十分重视。美、欧、日和台湾地区对电镜的研发高度重视,投巨资研发新一代像差校正电子显微镜。由于众所周知的原因,我国与国际先进水平的差距越来越大。不仅每年花费数亿元购买国外电镜,并在高端产品和部件的选择等方面受到制约。为此,我们必须迎头赶上,落实我国中长期发展规划纲要,抓紧研发达到国际先进水平的新一代“亚埃、亚eV像差校正透射电子显微镜”,实现我国在纳米度量和测量的高端突破,振兴我国电镜制造事业。

半球形偏转电子能量分析器的设计和应用

本文较详细地介绍了静电半球偏转电子能量分析器的原理、设计和实际制作，并说明半球分析器作为单色器和分析器在中能电子能量损失谱仪（ＥＥＬＳ）的成功使用。

可视电话、可视门铃用显像管电子枪的研制

可视电话、可视门铃具有广阔的发展前景，其显像管电子枪属于关键部件。本文介绍了用于可视系统三电位短电子枪的特点，电子枪透镜结构和工作原理，以及电子透镜的结构设计。实验结果表明，电子枪的性能参数符合设计要求。