OPTIQUE Optique électronique

Prismes magnétiques

En utilisant un électro-aimant à deux pôles symétriques par rapport à un plan, constituant un secteur d'ouverture angulaire θ, on peut dévier d'un angle θ un faisceau de particules chargées. Si l'induction B est homogène entre les pôles, les trajectoires, qui sont rectilignes avant et après le prisme, sont des arcs de cercle de rayon R à l'intérieur de l'entrefer, avec R = mv/eB = p/eB. Dans le plan de symétrie (appelé en général plan horizontal H), les particules sont focalisées à la sortie du prisme : celui-ci est équivalent à une lentille dont la distance focale serait une fonction de θ et de R. Dans la direction perpendiculaire au plan H (plan vertical V), le prisme n'exerce aucune action sur les particules lorsque ses faces d'entrée et de sortie sont perpendiculaires à la trajectoire moyenne du faisceau. On peut obtenir un effet focalisant ou défocalisant dans le plan V, en faisant subir une rotation aux faces d'entrée et de sortie. Par suite, outre ses possibilités de déviation, un prisme possède des qualités d'astigmatisme, avec des propriétés différentes dans les plans H et V. On peut également obtenir un effet focalisant en utilisant des pièces polaires légèrement inclinées par rapport au plan H : l'induction B n'est plus alors homogène et, dans certaines conditions, le prisme est identique à une lentille ronde pour la focalisation.

L'intérêt essentiel des prismes réside cependant dans leur propriété de dispersion : si les particules injectées n'ont pas toutes la même quantité de mouvement p, elles subissent des déviations différentes. Dans le plan conjugué de celui de la source (ou du diaphragme d'entrée), à chaque valeur de p correspond une image distincte : une plaque photographique, ou un récepteur mobile, permet d'enregistrer un spectre dans ce plan, comme en optique lumineuse. Pour des particules de nature différente, accélérées sous la même tension Φ₀, le prisme constitue un analyseur de masses ; si les particules sont toutes de même nature, mais possèdent des énergies différentes, le prisme permet d'établir le spectre des vitesses du faisceau incident. On peut alors définir un pouvoir de résolution du prisme, soit en masse (R_M = M/ΔM), soit en vitesse (R_v = v/Δv).

L' aberration géométrique essentielle d'un prisme est l'aberration d'ouverture dans le plan H. Comme dans les lentilles quadrupolaires, cette aberration peut être corrigée ; par exemple, en profilant spécialement les faces d'entrée et de sortie des pôles magnétiques. Des pouvoirs de résolution élevés peuvent alors être obtenus, la résolution n'étant plus limitée que par la largeur des fentes objet et image, et par l'aberration chromatique due à la largeur finie du spectre de vitesse des particules incidentes.

Prismes électrostatiques

Le plus simple de tous les prismes électrostatiques est constitué par un condensateur plan abordé transversalement par les particules : les plaques d'un tube cathodique à déviation électrostatique en sont un bon exemple.

Pour des déviations importantes, et dans le but d'analyser l'énergie des faisceaux d'électrons ou d'ions non « monochromatiques », des systèmes plus élaborés ont été mis au point. Les prismes cylindriques sont composés de deux électrodes découpées dans des cylindres droits de même axe et de rayons r₁ et r₂. L'arc de cercle médian, de rayon r₀, qui coïncide avec une surface équipotentielle Φ₀ du prisme, constitue la trajectoire d'équilibre de particules telles que E₀r₀ = Φ₀ (à l'approximation non relativiste près). Dans cette relation, E₀ représente le champ électrique transversal créé par les tensions Φ₁ et Φ₂ appliquées aux plaques. En plaçant à la sortie[...]