静电透镜

静电透镜是一种有助于传输带电粒子的装置。 例如，它可以将样品发射的电子引导至电子分析仪，类似于光学透镜在光学仪器中协助光传输的方式。 静电透镜系统可以按照与光学透镜相同的方式设计，因此静电透镜很容易放大或会聚电子轨迹。 静电透镜也可用于聚焦离子束，例如制作用于照射单个细胞的微束。

柱面透镜由几个侧面为薄壁的圆柱体组成。 每个圆柱平行于电子进入的光轴排列。 气缸之间有小间隙。 当每个圆柱体具有不同的电压时，圆柱体之间的间隙起到透镜的作用。 可以通过选择不同的电压组合来改变放大倍数。 虽然可以改变两个柱面透镜的放大倍率，但通过此操作也会改变焦点。 三柱面透镜在保持物像位置的同时实现放大倍率的变化，因为有两个间隙作为透镜。 尽管电压必须根据电子动能而变化，但当光学参数不变时电压比保持恒定。

当带电粒子在电场中时，力作用在它上面。 粒子越快，累积的冲量越小。 对于准直光束，焦距等于初始脉冲除以透镜累积的（垂直）脉冲。 这使得单个透镜的焦距成为带电粒子速度的二阶函数。 光子学中已知的单透镜不容易用于电子。

柱面透镜由散焦透镜、聚焦透镜和第二散焦透镜组成，它们的折光力之和为零。 但是由于透镜之间有一些距离，电子转了三圈并在离轴较远的位置撞击聚焦透镜，因此以更大的强度行进。 这种间接性导致这样一个事实，即所得屈光力是单个镜片屈光力的平方。

单透镜是一种静电透镜，可以在不改变光束能量的情况下进行聚焦。 它由三组或更多组沿轴线串联的圆柱形或矩形管组成。

四极透镜由两个相互旋转 90° 的单四极组成。 设 z 为光轴，则可以分别针对 x 轴和 y 轴推导出屈光力又是单个透镜屈光力的平方。

磁性四极杆的工作原理与电四极杆非常相似，但洛伦兹力会随着带电粒子的速度而增加。 本着维恩滤波器的精神，组合的磁电四极杆在给定速度附近是消色差的。 Bohr 和 Pauli 声称，这种透镜在应用于具有自旋的离子（在色差意义上）时会导致像差，但在应用于也具有自旋的电子时则不会。 参见 Stern–Gerlach 实验。

磁场也可用于聚焦带电粒子。 作用在电子上的洛伦兹力垂直于运动方向和磁场方向 (vxB)。 均匀场偏转带电粒子，但不会聚焦它们。 最简单的磁透镜是一个环形线圈，光束xxx沿着线圈的轴穿过它。 为了产生磁场，电流通过线圈。 磁场在线圈平面内xxx，远离它时会变弱。 在线圈的平面上，当我们远离轴时，磁场会变强。 因此，远离轴的带电粒子比靠近轴的粒子经历更强的洛伦兹力（假设它们具有相同的速度）。

这引起聚焦动作。 与静电透镜中的路径不同，磁性透镜中的路径包含螺旋分量，即带电粒子围绕光轴螺旋。 结果，由磁透镜形成的图像相对于物体旋转。 静电透镜不存在这种旋转。 磁场的空间范围可以通过使用铁（或其他磁性软材料）磁路来控制。 这使得设计和制造具有明确光学特性的更紧凑的磁性透镜成为可能。 当今使用的绝大多数电子显微镜都使用磁性透镜，因为它们具有卓越的成像性能，并且不需要静电透镜所需的高压。