Основы геометрической электронной оптики

Под геометрической электрической оптикой понимают описание движения электронов в электронном и магнитном полях в случаях, когда взаимодействием электронов можно пренебречь и когда фактически еще не появляются их волновые характеристики, т.е. электроны можно рассматривать как вещественную частичку. Не считая того, ограничимся рассмотрением нерелятивистской электрической оптикой, когда массу электрона можно считать неизменной и равной массе покоя.

Меж закономерностями движения заряженных частиц в электронных и магнитных полях и законами движения световых лучей в оптических средах имеется аналогия. Как понятно, в базе геометрической оптики лежат три положения.

1. Прямолинейность распространения светового луча в среде с неизменным показателем преломления.
2. Закон преломления (отношение синусов углов падения и преломления равно отношению характеристик преломления).
3. Закон отражения (угол падения луча на границу раздела сред равен углу его отражения).

Скорость электрона пропорциональна корню квадратному из напряжения. В электронном поле показатель преломления пропорционален корню квадратному из потенциала. Из принципа меньшего деяния и принципа Ферма для светового луча следуют закономерности для электрической оптики, подобные сформулированным выше. Потому при рассмотрении движения электрических пучков можно воспользоваться способами световой оптики. А именно, можно представлять электронные и магнитные поля играющими такую же роль, как линзы для света.

Но вместе с аналогией меж электрической и световой оптикой имеются и значительные различия.

• Отдельные лучи в световом пучке независимы, а электроны всегда ведут взаимодействие вместе.
• В световой оптике показатель преломления изменяется скачком на границе раздела сред, а в электрической оптике – меняется плавненько.
• Спектр конфигурации показателя преломления в электрической оптике безграничен, а в световой оптике – порядка нескольких единиц.
• Энергия электронов в электрических линзах может изменяться, в то время как энергия квантов сета остается постоянной.
• Скорость электрона пропорциональна показателю преломления, а скорость света в среде назад пропорциональна показателю преломления.

В принципе хоть какое аксиально-симметричное электронное либо магнитное поля являются электрическими линзами. В случае электронных полей такие линзы образуются композицией электродов, имеющих общую ось симметрии.

В случае же магнитных полей для этого используются катушки, в большинстве случаев снаряженные магнитопроводами. Конфигурация частей электронно-оптической системы может быть очень различной, но посреди их можно выделить обычные и более распространенные.