Ottica elettronica

L' ottica elettronica si occupa della focalizzazione e dell'imaging delle correnti di elettroni nel vuoto mediante campi elettrici o magnetici .

Se le particelle cariche in movimento sono ioni , si parla di ottica ionica , ad es. Ad esempio , con il microscopio a ioni di campo , con il quale Erwin Wilhelm Müller è stato in grado di "vedere" i singoli atomi per la prima volta nel 1950 .

Nozioni di base

I campi elettrici e magnetici agiscono sulle particelle cariche nel vuoto nello stesso modo in cui i mezzi ottici agiscono sul fascio di luce. Questo fu descritto e calcolato per la prima volta nel 1926 da Hans Busch , considerato il fondatore dell'ottica elettronica.

L'effetto di forza dei campi elettrici è parallelo alle loro linee di campo, mentre la forza di Lorentz in un campo magnetico è perpendicolare sia al vettore di velocità dei portatori di carica che alla densità del flusso magnetico .

Campi cilindrici simmetrici disomogenei, siano essi elettrici o magnetici, agiscono come lenti. I campi ortogonali agiscono come prismi ( magnete di deflessione, piastre di deflessione). Le reti e le piastre caricate negativamente dietro di loro hanno un effetto riflettente.

Molti principi dell'ottica della luce possono essere trasferiti all'ottica elettronica, quindi l' indice di rifrazione può essere derivato dal principio di Fermat . Alcune aberrazioni ottiche possono anche essere trasferite all'ottica elettronica. Le leggi di imaging dei campi rotazionalmente simmetrici si applicano al percorso del raggio parassiale , cioè per gli elettroni che rimangono vicini all'asse di simmetria.

Applicazioni

I sistemi ottico-elettronici vengono utilizzati principalmente per focalizzare i fasci di elettroni .

Un tipico esempio sono i tubi catodici (tubi di Braun o tubi a raggi catodici) nei tubi pick-up dell'immagine ( tubi pick-up televisivi), oscilloscopi e televisori CRT .

L'ottica elettronica viene utilizzata per proiettare un'immagine composta da elettroni (imaging elettronico) in tubi convertitori di immagini , microscopi elettronici a trasmissione (TEM) e microscopi elettronici a scansione (SEM). In quest'ultimo, il fascio di elettroni focalizzato in modo estremamente preciso viene deviato e scansiona il campione come una griglia, che a sua volta emette elettroni secondari a seconda della sua posizione.

Negli acceleratori di particelle , le particelle cariche vengono deviate magneticamente e accelerate con campi elettrici.

I primi cinescopi negli anni '50 avevano una focalizzazione magnetica del fascio di elettroni sullo schermo. Consisteva in una combinazione regolabile meccanicamente di due magneti ad anello disposti in modo opposto sul collo del cinescopio. Un esempio è stato B. il cinescopio tipo "B43M1". Il campo dei magneti ad anello agisce come una lente magnetica sul fascio di elettroni.

La messa a fuoco magnetica è oggi utilizzata anche in sistemi con potenze ad alto fascio. Come già nel caso dei tubi oscillografici, la messa a fuoco potrebbe essere successivamente ottenuta in tubi catodici con campi elettrici generati da cilindri precisi e diaframmi a foro stenopeico invece di magneti ad anello. La nitidezza del punto (messa a fuoco) nei cinescopi viene regolata di una o due tensioni (tensione di messa a fuoco). Con questa cosiddetta focalizzazione elettrostatica, il punto luminoso del fascio di elettroni viene raggruppato regolando i campi sugli elettrodi di focalizzazione utilizzando una cosiddetta lente elettrostatica. Le tensioni richieste, come la tensione anodica, vengono generate nel trasformatore flyback e possono essere impostate con un potenziometro all'interno del televisore.

I tubi indicatori di sintonia ( occhi magici ) contenevano già aste deflettrici come elettrodi per cambiare la forma del raggio che formava il display prima dello sviluppo dei cinescopi. Con i cinescopi

Guarda anche

link internet

Prove individuali

  1. ^ Frank Hinterberger, Physics of Particle Accelerators and Ion Optics, pp. 211-238, Springer, 2008, ISBN 978-3540752813 .