針對(duì)一款高時(shí)空分辨率飛秒條紋變像管的帶極靴磁透鏡結(jié)構(gòu)，提出了更加符合實(shí)際磁場(chǎng)分布規(guī)律的“高斯型”磁場(chǎng)分析模型，并且研究了磁透鏡內(nèi)徑比對(duì)條紋變像管時(shí)間、空間分辨特性的影響。利用Lorentz 軟件數(shù)值研究了條紋變像管中不同內(nèi)徑比的磁透鏡所產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布，并且采用Monte-Carlo 方法對(duì)大量光電子初始參量進(jìn)行抽樣計(jì)算，通過(guò)跟蹤行波偏轉(zhuǎn)前置短磁聚焦條紋變像管中大量光電子的運(yùn)行軌跡，統(tǒng)計(jì)分析了光電子在最佳像面上的位置分布，最后利用調(diào)制傳遞函數(shù)對(duì)條紋管時(shí)空分辨能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明: 當(dāng)磁透鏡內(nèi)徑比r1 /r2 = 0. 83 時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)電子束進(jìn)行有效聚焦，獲得物理時(shí)間分辨率優(yōu)于190 fs，且狹縫邊緣( 狹縫總長(zhǎng)度為6 mm) 空間分辨率達(dá)到100 lp /mm 的結(jié)果。

　　磁透鏡因其二階像差系數(shù)小、聚焦情況可通過(guò)調(diào)節(jié)激磁線圈電流而方便實(shí)現(xiàn)，且磁線圈不需要加高電壓、易絕緣、不致?lián)舸┑葍?yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高精度探測(cè)、超快診斷設(shè)備中。其中，捷克科學(xué)院科學(xué)儀器研究所I Konvalina將磁透鏡與陰極透鏡組合后用作商業(yè)掃描電子顯微鏡(SEM) 的物鏡，通過(guò)對(duì)電子槍發(fā)射的電子束聚焦，形成直徑極小的電子探針，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面形貌的高分辨率探測(cè)。美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室馮軍設(shè)計(jì)的磁透鏡聚焦條紋變像管，有效提高了變像管的時(shí)空分辨能力。隨著整機(jī)性能要求的不斷提高，對(duì)磁透鏡設(shè)計(jì)提出了更高要求。

　　目前，關(guān)于磁透鏡磁場(chǎng)分布模型，以及極靴形狀對(duì)電子顯微鏡性能的影響已有文獻(xiàn)報(bào)道。但是現(xiàn)有的“鐘形”磁場(chǎng)分布模型與實(shí)際磁場(chǎng)分布有較大偏差，無(wú)法滿足對(duì)磁透鏡理論分析的要求，而且磁透鏡結(jié)構(gòu)對(duì)條紋變像管性能影響的分析報(bào)道很少。基于此，本文針對(duì)一款高時(shí)空分辨率短磁聚焦式飛秒條紋變像管，構(gòu)建了更符合實(shí)際分布的磁場(chǎng)分布模型，分析了磁透鏡內(nèi)徑比對(duì)磁場(chǎng)分布、條紋變像管時(shí)空分辨率的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁透鏡結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為條紋管的實(shí)際加工以及相機(jī)的性能改善提供了理論依據(jù)。

　　1、磁透鏡磁場(chǎng)分布模型

　　目前常用的磁透鏡可分為三種類型: 無(wú)鐵磁透鏡、帶鐵殼磁透鏡和帶極靴磁透鏡，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。通過(guò)加入鐵殼和極靴，可以使短磁聚焦系統(tǒng)的磁場(chǎng)分布更加集中，且在較短的軸向范圍內(nèi)形成很強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱磁場(chǎng)，有效解決靜電透鏡對(duì)高能光電子聚焦能力較弱，光電子減速，能量彌散大且空間電荷效應(yīng)顯著等缺點(diǎn)，通過(guò)減小電子渡越時(shí)間彌散，提高系統(tǒng)時(shí)間分辨率。

　　圖1 磁透鏡的分類

　　4、結(jié)論

　　本文針對(duì)帶極靴磁透鏡結(jié)構(gòu)，提出了更符合實(shí)際磁場(chǎng)分布規(guī)律的“高斯型”磁場(chǎng)模型，通過(guò)建立行波偏轉(zhuǎn)器前置短磁聚焦條紋變像管的電子光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)不同內(nèi)徑比的磁透鏡在變像管電子光學(xué)系統(tǒng)中的磁場(chǎng)分布進(jìn)行模擬，通過(guò)追蹤大量符合一定統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律光電子的運(yùn)行軌跡，數(shù)值分析了磁透鏡內(nèi)徑比對(duì)條紋管時(shí)空分辨率能力的影響。在合理控制計(jì)算精度的基礎(chǔ)上，得出了理論上可信的結(jié)果：當(dāng)磁透鏡內(nèi)徑比r1/r2 = 0.83 時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)電子束進(jìn)行有效聚焦，物理時(shí)間分辨率優(yōu)于190 fs，且狹縫邊緣空間分辨率達(dá)到100 lp /mm。