CN209104114U - 磁透镜及电子聚焦设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种磁透镜及电子聚焦设备，其中该磁透镜包括：电子源，用于发射电子；磁场组件，设置于电子源的出射路径上，且至少包括两正交设置的磁场线圈组，其中，通过控制磁场组件中磁场线圈组的电流通断产生磁场，以使得电子在所述磁场的作用下汇聚于磁场组件远离电子源的一侧。通过上述实施方式，本申请能够实现至少两方向上电子的聚焦和成像。

Description

磁透镜及电子聚焦设备

技术领域

本申请涉及电磁场应技术领域，特别是涉及一种磁透镜及电子聚焦设备。

背景技术

粒子聚焦有许多应用，例如在电视显像管中那些离开了阴极的电子被聚焦在显示屏上。人们希望把所有具有同一能量但以不同起始角射出来的粒子都聚焦在一个点上，就像透镜使光聚焦一样。其中，透镜具有将相同能量但出射角度不同的粒子聚焦到同一个点上。

基于电子在磁场中的受力情况，最早发展了电子的磁透镜技术，并最早应用于电子显微镜。由于透镜孔径衍射给任何光学系统带来的限制，光学显微镜的理论极限为5000埃。对于电子显微镜而言，虽然也存在这种限制，但电子显微镜的分辨率比光学显微镜还是要高得多，能够看见光学显微镜无法看到的非常微小的物质，可应用于生物学领域，观察复杂有机分子形状。

目前的磁透镜技术多采用通电短螺线管、内环软磁线圈和永磁体等，只能对一个方向的电子源实现聚束和成像。

发明内容

本申请提供一种磁透镜及电子聚焦设备，能够解决现有技术中磁透镜只能对一个方向的电子源实现聚束和成像的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种磁透镜，所述磁透镜包括：电子源，用于发射电子；磁场组件，设置于所述电子源的出射路径上，且至少包括两正交设置的磁场线圈组，其中，通过控制所述磁场组件中所述磁场线圈组的电流通断产生磁场，以使得所述电子汇聚于所述磁场组件远离所述电子源的一侧。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电子聚焦设备，所述电子聚焦设备包括上述任一所述的磁透镜。

本申请的有益效果是：提供一种磁透镜及电子聚焦设备，通过在电子源的出射路径上设置至少两正交设置的磁场线圈组，通过控制该磁场组件中磁场线圈组中的电流通断，可以实现至少两方向上电子的聚焦和成像。

附图说明

图1是本申请磁透镜第一实施方式的结构示意图；

图2是本申请磁场组件第一实施方式的结构示意图；

图3是本申请磁场组件第二实施方式的结构示意图；

图4是本申请磁透镜第二实施方式的结构示意图；

图5是本申请电子聚焦设备一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1，图1为本申请磁透镜第一实施方式的结构示意图。如图1所示，本申请提供的磁透镜10包括电子源S及磁场组件12。

其中，所述电子源S用于发射电子，该电子源S发射的电子具有不同的出射速率及不同的出射角度。

磁场组件12，设置于电子源S的出射路径上，且至少包括两正交设置的磁场线圈组，其中，通过控制磁场组件12中磁场线圈组的电流通断产生磁场，以使得电子在磁场的作用下汇聚于磁场组件12远离电子源S的一侧。

可选地，进一步参阅图1，本实施例中磁场组件12包括两组正交设置的第一磁场线圈组121及第二磁场线圈组122。

结合图2，图2为本申请磁场组件第一实施方式的结构示意图。如图2所示，本申请中以第一磁场线圈组121为例进行详细介绍，其中第一磁场线圈组121包括两平行且连通的共轴圆形线圈A和圆形线圈B。其中，圆形线圈A和圆形线圈B之间的距离d等于圆形线圈A和圆形线圈B的半径R，以使得第一磁场线圈组121通入电流时在其中心轴线附近产生均匀的磁场分布。其中，圆形线圈A和圆形线圈B内通入电流I的方向一致，大小相同，图2中所示的电流方向为顺时针。可选地，该载流共轴圆形线圈可以称为亥姆霍兹线圈，本申请采用由共轴圆形线圈组成的亥姆霍兹线圈目的是为了在其中心轴线附近产生均匀的磁场。

可选地，当第一磁场线圈组121(该第一磁场线圈组121位于Y轴和Z轴组成的平面)通入如图2所示的同向电流时，在第一磁场线圈组121在的平面的垂直方向，本申请中为X轴的负方向，即沿-X轴会产生磁场分布，该磁场分布类似通电短螺线管在中心轴线位置产生的磁场。

当电子源S发射的具有不同出射角度和出射速率的电子沿第一磁场线圈组121所在平面的垂直方向(-X轴方向)通过线圈时，在该通电第一磁场线圈组121产生磁场的作用下，各个电子将沿不同半径螺旋线前进，经过一定螺距后又重新聚焦在一点S’形成磁聚焦，该第一磁场线圈组121就形成了一个在X轴方向的磁透镜。

可选地，通过改变第一磁场线圈组121中电流的大小可以使得电子汇聚于磁场组件12远离电子源S一侧的不同位置。也即是说，本实施例中通过控制通入圆形线圈A和圆形线圈B电流的大小，从而改变第一磁场线圈组121在其中心轴附近产生磁场的大小，使得电子汇聚在磁场组件12远离电子源S一侧的不同位置，例如图1所示的S1或者S2的位置。也就是说，通过改变第一磁场线圈组121中电流的大小可以调节该X轴方向磁透镜的焦距。

同理，和第一磁场线圈组121类似，第二磁场线圈组122也包括两平行且连通的共轴圆形线圈A1和圆形线圈B1，其中，圆形线圈A1和圆形线圈B1之间的距离d1等于圆形线圈A1和圆形线圈B1的半径R1。当然，本申请中共轴圆形线圈A1和圆形线圈B1的半径R1可以和圆形线圈A和圆形线圈B的半径R相同，二者也可以不相同，磁场不做进一步限定。可选地，在圆形线圈A1和圆形线圈B1内通入电流I1的大小相同，方向一致，可以使得第二磁场线圈组122在其中心轴线附近产生均匀分布的磁场。

其具体工作原理和上述第一磁场线圈组121的相同，当第二磁场线圈组122(该第二磁场线圈组122位于X轴和Y轴组成的平面)通入同向电流时，在第二磁场线圈组122在的平面的垂直方向，本申请中为Z轴的负方向，即沿-Z轴会产生磁场分布，该磁场分布类似通电短螺线管在中心轴线位置产生的磁场。

当电子源S发射的具有不同出射角度和出射速率的电子沿第二磁场线圈组122所在平面的垂直方向(-Z轴方向)通过线圈时，在该通电第二磁场线圈组122产生磁场的作用下，各个电子将沿不同半径螺旋线前进，经过一定螺距后又重新聚焦在一点形成磁聚焦，该第二磁场线圈组122就形成了一个在Z轴方向的磁透镜。通过改变第二磁场线圈组122中电流的大小可以调节该Z轴方向磁透镜的焦距。

可选地，本实施例中的磁场组件12还可以是如图3所示的设置方式，和第一实施方式类似，不同之处在于本实施例中的第一磁场线圈组221包括两平行且连通的共轴方形线圈C和方形线圈D，且方形线圈C和方形线圈D可以为正方形，且方形线圈C和方形线圈D可以为正方形之间的距离可以等于所述方形线圈C或方形线圈D的中心点距离其四边的距离h，以使得磁场线圈组221在其中心轴线附近产生均匀的磁场。

可选地，第二磁场线圈组222的具体设置和第一磁场线圈组221的设置类似，此处不再赘述。

上述实施方式中，通过在电子源的出射路径上设置至少两正交设置的磁场线圈组，通过控制该磁场组件中磁场线圈组中的电流通断，可以实现至少两方向上电子的聚焦和成像。

请参阅图4，图4为本申请磁透镜第三实施方式的结构示意图，和第一实施方式中的磁透镜大致相同，不同之处在于本申请中的磁透镜包括三个正交设置的磁场线圈组，且具体描述如下：

本申请提供的磁透镜30包括电子源S及磁场组件32。

其中，所述电子源S用于发射电子，该电子源S发射的电子具有不同的出射速率及不同的出射角度。

磁场组件32，设置于电子源S的出射路径上，且包括三组正交设置的磁场线圈组，其中，通过控制磁场组件32中磁场线圈组的电流通断产生磁场，以使得电子在磁场的作用下汇聚于磁场组件32远离电子源S的一侧。

本实施例中，磁场组件32包括第一磁场线圈组321、第二磁场线圈组322以及第三磁场线圈组323。每一磁场组件均包括两平行且连通的共轴方形线圈。如图4所示，第一磁场线圈组321包括方形线圈A和方形线圈B，第二磁场线圈组322包括方形线圈A1和方形线圈B1，第三磁场线圈组323包括方形线圈A2和方形线圈B2。其中，第一磁场线圈组321、第二磁场线圈组322以及第三磁场线圈组323中方形线圈的半径可以相同也可以不相同，此处不做具体限定。

其中，三组正交设置的磁场线圈组在电流的作用下，分别产生三个磁场方向正交设置的磁场。可选地，该载流共轴线圈可以称为亥姆霍兹线圈，本申请采用由共轴线圈组成的亥姆霍兹线圈目的是为了在其中心轴线附近产生均匀的磁场。

可选地，本实施例中通过在第一磁场线圈组321及第二磁场线圈组322中分别通入大小和方向相同的电流可以使得其在X轴方向、Z轴方向上形成磁透镜。

同理，和上述第一磁场线圈组321及第二磁场线圈组322中实施方式相同，通过在第三磁场线圈组323中通入大小和方向相同的电流可以使得其在Y轴方向上形成磁透镜。

可选地，通过改变第第一磁场线圈组321、第二磁场线圈组322及第三磁场线圈组323中电流的大小可以分别调节该X轴、Y轴以及Z轴方向磁透镜的焦距。

上述实施方式中，通过在电子源的出射路径上设置至少三组正交设置的磁场线圈组，通过控制该磁场组件中磁场线圈组中的电流通断，可以实现三个方向上电子的聚焦和成像的三轴磁透镜。

参阅图5，图5为本申请电子聚焦设备一实施方式的结构示意图。本申请中的电子聚焦设备40包括上述实施方式中任一所述的磁透镜F，其中该磁透镜F用于对电子实现聚束和成像。本实施例中通过控制磁透镜中磁场线圈中电流的通断可以实现三个方向电子聚焦和成像，可应用于基于磁透镜技术的电子聚束、电子成像和电子显微镜等研究领域。

可选地，该磁透镜F的具体构造和详细的工作原理可以参见上述第一至第二实施方式中的具体描述，此处不再赘述。

综上所述，本领域技术人员容易理解，提供一种磁透镜及电子聚焦设备，通过在电子源的出射路径上设置至少两正交设置的磁场线圈组，通过控制该磁场组件中磁场线圈组中的电流通断，可以实现至少两方向上电子的聚焦和成像。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁透镜，其特征在于，所述磁透镜包括：

电子源，用于发射电子；

磁场组件，设置于所述电子源的出射路径上，且至少包括两正交设置的磁场线圈组，其中，通过控制所述磁场组件中所述磁场线圈组的电流通断产生磁场，以使得所述电子在所述磁场的作用下汇聚于所述磁场组件远离所述电子源的一侧。

2.根据权利要求1所述的磁透镜，其特征在于，通过改变所述磁场线圈组中所述电流的大小，以使得所述电子汇聚于所述磁场组件远离所述电子源一侧的不同位置。

3.根据权利要求1所述的磁透镜，其特征在于，所述磁场线圈组件包括两平行且连通的共轴圆形线圈。

4.根据权利要求3所述的磁透镜，其特征在于，所述共轴圆形线圈之间的距离等于所述共轴圆形线圈的半径，以使得所述磁场线圈组在其中心轴线附近产生均匀的磁场。

5.根据权利要求1所述的磁透镜，其特征在于，所述磁场线圈组包括两平行且连通的共轴方形线圈。

6.根据权利要求5所述的磁透镜，其特征在于，所述共轴方形线圈之间的距离等于所述共轴方形线圈的中心距离所述方形线圈四边的距离，以使得所述磁场线圈组在其中心轴线附近产生均匀的磁场。

7.根据权利要求3或5所述的磁透镜，其特征在于，所述磁场线圈组中通入电流的方向一致，大小相同。

8.根据权利要求1所述的磁透镜，其特征在于，所述磁场组件包括三组正交设置的磁场线圈组，所述三组正交设置的磁场线圈组在电流的作用下，分别产生三个磁场方向正交设置的磁场。

9.根据权利要求1所述的磁透镜，其特征在于，所述电子的出射速率及出射角度不相同。

10.一种电子聚焦设备，其特征在于，所述电子聚焦设备包括权利要求1-9中任一所述的磁透镜，所述磁透镜用于对电子实现聚束和成像。