Soczewka Einzela

Implementacja soczewki Einzela pokazującej ścieżkę jonów. Sześć płytek jest równoległych do toru lotu jonów, przy czym środkowa płytka ma określony potencjał.

Soczewka einzela (z niemieckiego : Einzellinse - pojedyncza soczewka) lub soczewka jednopotencjalna to soczewka elektrostatyczna z naładowanymi cząstkami , która skupia się bez zmiany energii wiązki. Składa się z trzech lub więcej zestawów cylindrycznych lub prostokątnych otworów lub rurek ułożonych szeregowo wzdłuż osi. Jest używany w optyce jonowej do skupiania jonów w locie, co osiąga się poprzez manipulację polem elektrycznym na ścieżce jonów.

Potencjał elektrostatyczny w soczewce jest symetryczny, więc jony odzyskają swoją początkową energię po opuszczeniu soczewki, chociaż prędkość cząstek zewnętrznych zostanie zmieniona tak, że zbiegną się one na osi. Powoduje to, że zewnętrzne cząstki docierają do punktu przecięcia ogniska nieco później niż te, które poruszają się po prostej ścieżce, ponieważ muszą pokonać dodatkową odległość.

Teoria

Widok perspektywiczny soczewki einzela.

Ścieżka jonów przemieszczających się przez soczewkę Einzela. Masa jonów wynosi 200 k Da przyspieszonych do 40 kV, potencjał środkowej płyty wynosi 200 V, a rozmiar płytki wynosi 1 m (należy zauważyć, że te wartości są nietypowe dla celów ilustracyjnych).

Równanie zmiany prędkości radialnej cząstki przechodzącej między dowolną parą cylindrów w soczewce jest następujące:

${\ Displaystyle \ Delta v_ {r} = \ int {\ Frac {qE_ {r} (r, z)} {mv_ {z} }}dz,}$

gdzie oś z przechodzi przez środek soczewki, a r jest kierunkiem normalnym do z . Jeśli soczewka jest zbudowana z cylindrycznych elektrod, pole jest symetryczne wokół z . ${\ Displaystyle E_ {r} (r, z)}$ jest wielkością pola elektrycznego w kierunku promieniowym dla cząstki w określonej odległości promieniowej i odległości w poprzek przerwy, ${\ Displaystyle m }$ to masa cząstki przechodzącej przez pole, to prędkość cząstki, a $.$ to ładunek Całka występuje po szczelinie między płytami. Jest to również przedział, w którym następuje soczewkowanie.

Para płytek jest również nazywana elektrostatyczną soczewką zanurzeniową, ^{[ wątpliwe - omówić ]} , dlatego soczewkę Einzela można opisać jako dwie lub więcej elektrostatycznych soczewek zanurzeniowych. Dwukrotne rozwiązanie powyższego równania w celu znalezienia zmiany prędkości radialnej dla każdej pary płytek może posłużyć do obliczenia ogniskowej soczewki.

Zastosowanie do lamp telewizyjnych

Zasada soczewki Einzela w uproszczonej formie była również używana jako mechanizm ogniskowania w kineskopach wyświetlaczy i telewizorów i ma tę zaletę, że zapewnia dobre, ostro skupione miejsce przez cały okres użytkowania wyrzutni elektronowej lampy, przy minimalnej lub żadnej ponownej regulacji. (wiele monochromatycznych telewizorów nie miało lub nie wymagało regulacji ostrości), chociaż w monochromatycznych wyświetlaczach o wysokiej rozdzielczości i wszystkich kolorowych wyświetlaczach CRT zapewniono (regulowane przez technika) sterowanie potencjometrem ostrości.

Zobacz też

Aberth, William H. (1974), „Konstrukcja soczewki einzela zdolnej do pracy pod wysokim napięciem”, Review of Scientific Instruments , 45 (10): 1289, Bibcode : 1974RScI...45.1289A , doi : 10.1063/1.1686484