电子光学

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电子光学是全国科学技术名词审定委员会公布的一个科技名词。

汉字作为一种形、音、义三位一体的符号系统，源于日月鸟兽之形，作为中华文明之标志，连接中华民族的历史、现在和未来，方正之间充满美感。

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名词解释

电子光学 electron optics ，研究电子在电磁场中运动和电子束在电磁场中聚焦、成像、偏转等规律的学科。1926年H.布许发表关于磁聚焦的论文，30年代W.格拉叟和O.谢尔赤发表关于旋转对称系统电子光学的理论，这些奠定了电子光学的理论基础。

发展历史

1926年H.布许发表关于磁聚焦的论文，30年代W·格拉叟和o·谢尔赤发表关于旋转对称系统电子光学的理论，这些奠定了电子光学的理论基础。从此，电子光学开始形成为一门独立的学科。电子光学同普通光学有许多相似之处。例如凸透镜可使一束平行光线聚焦到一个点上；而某些轴对称的电磁场（称为电子透镜）也可以使平行的电子束聚集到一点。在电子光学器件和仪器中，除采用电子透镜外，还常应用垂直于电子束运动方向的电场和磁场使电子束偏转。

为了分析、研究或设计电子光学系统，必须精确地求解电磁场并计算出电子轨迹 ，通常采用电子计算机求解。在电子光学器件和仪器中，若电子束被限制在离轴很近的范围内，电子轨迹与轴的交角很小（即满足傍轴条件）时，电子透镜所成的像是理想像或称高斯像。实际轨迹不可能完全满足傍轴条件，因此实际形成的像总是和理想高斯像有一定的差别。这种差别称为几何像差，它同普通光学中的像差十分相似。几何像差的大小决定成像品质的优劣。几何像差大小及其克服办法也是电子光学学科研究内容之一。广义的电子光学还包括离子光学。电子光学是设计电子束管和电子离子仪器的理论基础。电子光学已渗入到无线电电子学、电子显微学、质谱学、电子能谱学、表面物理、材料科学、高能物理等领域中，凡是涉及到产生、控制和利用带电粒子束的问题，都需要运用电子光学成果。 [1]

原理

电子光学和普通光学有许多相似的概念和原理，其中最主要的是折射率和最短光程原理。

电子光学折射率

若电子从电位为V1的区域进入电位为V2的区域，则其速率将从V1变为V2并满足折射定律：V1sinα1=V2sinα2。

因此，静电场中的电子光学折射率与电子动量mv成正比，亦即正比于电位V 的平方根；在相对论情况下，折射率正比于相对论电位Vr的平方根，Vr=V（10.978×10），V 以伏为单位。在静电场中，电子光学折射率是空间位置的函数。在有磁场的情况下，折射率正比于广义动量沿着电子轨迹切线方向的投影。

最短光程原理

这一原理与光学中的费马原理等效。若沿着电子运动轨迹折射率的线积分为光程函数，则电子在电磁场中运动的轨迹是使光程函数取极值的曲线。利用最短光程原理可以导出电子在电磁场中运动的实际轨迹及其电子光学性质。