針對一款高時空分辨率飛秒條紋變像管的帶極靴磁透鏡結(jié)構(gòu)，提出了更加符合實際磁場分布規(guī)律的“高斯型”磁場分析模型，并且研究了磁透鏡內(nèi)徑比對條紋變像管時間、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)生的磁場分布，并且采用Monte-Carlo 方法對大量光電子初始參量進行抽樣計算，通過跟蹤行波偏轉(zhuǎn)前置短磁聚焦條紋變像管中大量光電子的運行軌跡，統(tǒng)計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)對條紋管時空分辨能力進行評價。結(jié)果表明: 當(dāng)磁透鏡內(nèi)徑比r1 /r2 = 0. 83 時，磁場對電子束進行有效聚焦，獲得物理時間分辨率優(yōu)于190 fs，且狹縫邊緣( 狹縫總長度為6 mm) 空間分辨率達到100 lp /mm 的結(jié)果。

　　磁透鏡因其二階像差系數(shù)小、聚焦情況可通過調(diào)節(jié)激磁線圈電流而方便實現(xiàn)，且磁線圈不需要加高電壓、易絕緣、不致?lián)舸┑葍?yōu)點，廣泛應(yīng)用于高精度探測、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，通過對電子槍發(fā)射的電子束聚焦，形成直徑極小的電子探針，實現(xiàn)對樣品表面形貌的高分辨率探測。美國勞倫斯伯克利國家實驗室馮軍設(shè)計的磁透鏡聚焦條紋變像管，有效提高了變像管的時空分辨能力。隨著整機性能要求的不斷提高，對磁透鏡設(shè)計提出了更高要求。

　　目前，關(guān)于磁透鏡磁場分布模型，以及極靴形狀對電子顯微鏡性能的影響已有文獻報道。但是現(xiàn)有的“鐘形”磁場分布模型與實際磁場分布有較大偏差，無法滿足對磁透鏡理論分析的要求，而且磁透鏡結(jié)構(gòu)對條紋變像管性能影響的分析報道很少�；�于此，本文針對一款高時空分辨率短磁聚焦式飛秒條紋變像管，構(gòu)建了更符合實際分布的磁場分布模型，分析了磁透鏡內(nèi)徑比對磁場分布、條紋變像管時空分辨率的影響，實現(xiàn)了對磁透鏡結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，為條紋管的實際加工以及相機的性能改善提供了理論依據(jù)。

　　1、磁透鏡磁場分布模型

　　目前常用的磁透鏡可分為三種類型: 無鐵磁透鏡、帶鐵殼磁透鏡和帶極靴磁透鏡，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。通過加入鐵殼和極靴，可以使短磁聚焦系統(tǒng)的磁場分布更加集中，且在較短的軸向范圍內(nèi)形成很強的旋轉(zhuǎn)對稱磁場，有效解決靜電透鏡對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，通過減小電子渡越時間彌散，提高系統(tǒng)時間分辨率。

　　圖1 磁透鏡的分類

　　4、結(jié)論

　　本文針對帶極靴磁透鏡結(jié)構(gòu)，提出了更符合實際磁場分布規(guī)律的“高斯型”磁場模型，通過建立行波偏轉(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)中的磁場分布進行模擬，通過追蹤大量符合一定統(tǒng)計分布規(guī)律光電子的運行軌跡，數(shù)值分析了磁透鏡內(nèi)徑比對條紋管時空分辨率能力的影響。在合理控制計算精度的基礎(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，磁場對電子束進行有效聚焦，物理時間分辨率優(yōu)于190 fs，且狹縫邊緣空間分辨率達到100 lp /mm。