OPTIQUE Optique électronique
Les lentilles électroniques
Les lentilles électroniques à symétrie de révolution (ou lentilles rondes) sont apparues les premières ; elles sont très largement utilisées dans les appareils destinés à former des images agrandies ou réduites d'objets réels, ou de diaphragmes sources, et à mettre en forme des faisceaux de particules ayant la même symétrie. On distingue les lentilles électrostatiques et magnétiques. Apparues en 1952, les lentilles à symétrie quadrupolaire (encore appelées « à focalisation forte ») ont permis la focalisation et le transport de faisceaux de particules de très haute énergie.
Lentilles électrostatiques
Une lentille électrostatique est formée d' électrodes métalliques, percées suivant leur axe commun d'un trou circulaire permettant le passage du faisceau, et portées à des potentiels fixes ou réglables. En utilisant différentes méthodes de calcul (analytiques, ou sur ordinateur) ou des méthodes analogiques, il est possible de connaître la répartition de potentiel Φ(r, z) dans l'espace interélectrode et la fonction Φ0(z) = Φ(0, z), représentant la variation de potentiel sur l'axe optique. La connaissance de Φ0(z) suffit pour déterminer les propriétés optiques de la lentille, employée dans les conditions de l'optique de Gauss : trajectoires peu inclinées sur l'axe, et restant dans une région très proche de cet axe. Dans ces conditions, Φ(r, z) peut se mettre sous la forme simplifiée :
La particule incidente est soumise à l'action du champ électrique dont les composantes axiale et radiale sont données par :
En tout point, la force radiale agissant sur la particule fr = eEr est proportionnelle à la distance à l'axe r ; son sens dépend du signe du Φ0″(z). La trajectoire gaussienne r(z) est obtenue par résolution de l'équation :
L'examen de l'équation précédente permet de déduire des propriétés importantes de ces lentilles : l'équation différentielle est linéaire, ce qui entraîne la propriété de stigmatisme, d'où l'obtention d'images non déformées. Le rapport e/m0 n'intervient pas ; les propriétés optiques seront donc les mêmes pour les électrons et les ions (à condition de changer le signe des tensions) ; un système électrostatique sera incapable de séparer des ions de masses différentes accélérés avec la même tension Φ0. Le potentiel local n'intervient que sous forme de rapports avec ses dérivées : si un système optique électrostatique est alimenté dans son ensemble par un même générateur, les fluctuations de la tension n'entraîneront théoriquement aucune modification des trajectoires.
Par analogie avec l'optique lumineuse, on peut admettre l'équivalence suivante : n2 = Φ, où n est l'indice de réfraction du milieu. Une lentille électrostatique représente donc un milieu à indice continûment variable, dont la valeur peut être modifiée à volonté en agissant sur les tensions d'alimentation. Ce changement d'indice ne peut pas être réalisé avec des lentilles de verre. Si la lentille sépare deux régions de l'espace portées à des potentiels différents (espace objet Φ1, espace image Φ2), la lentille est dite à immersion, et les distances focales objet et image sont liées par la relation :
On utilise trois types de lentilles électrostatiques à symétrie de révolution : les lentilles accélératrices (ou décélératrices) à tubes, les lentilles à trois électrodes et enfin les objectifs dits « à immersion ».
Les lentilles à deux tubes sont surtout utilisées dans les oscilloscopes cathodiques, les tubes de télévision et les tubes accélérateurs électrostatiques. La figure a donne le schéma d'une[...]
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Écrit par
- Albert SEPTIER : docteur ès sciences, agrégé de l'Université, professeur au Conservatoire national des arts et métiers, Paris
Classification
Médias
Lentille magnétique
Encyclopædia Universalis France
Lentilles électrostatiques
Encyclopædia Universalis France
Prismes corpusculaires
Encyclopædia Universalis France
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