观察时,物镜最前端透镜与标本之间充满液体的物镜。一般物镜观察时,前端透镜与标本之间是空气,故称干燥物镜。浸没物镜使用时用的浸没液体主要是ND=1.515的香柏油,其次是水或N=1.742的二碘甲烷。浸没物镜用何种浸没液在制造时已确定,不能任意改变。
真空设备中电子枪用的最多的透镜为浸没透镜。它一般由阴极、栅极和阳极组成。
静电浸没物镜轴外OTF的求解,已报道的工作都是通过追迹实际电子轨迹求落点分布而得到的。由于追迹大量轨迹需占用很长的计算时间,所以一般都设法以追迹较少的轨迹来求OTF,这样所求得的结果就可能和实际情况偏离较大。按照K、F、Hartley的观点在轴外要追迹180、000条轨迹才能勉强获得一比较平滑的线扩展函数。显然,用追迹实际轨迹的方法求解出较准确的OTF是相当费时间的。
一般来说,用于宽束成象器件的静电浸没物镜都是大象差系统,电子衍射可忽略不计,所以仍采用几何方法来求OTF,所不同之点在于采用几何象差来求落点分布,从而节省了大量的计算时间和获得了较好的计算结果。
在对应于某一轴向初能量的象面上任意轴向初能量的电子的落点位置可由不同轴向初能量引起的象差和具有同一轴向初能量的几何象差来确定。然而通过象差来求OTF的,因此要将象差中的各级畸变扣除掉。不准理解,相对于主轨迹的电子落点分布就表征了扣除各级畸变之外的其它象差。另外,‘为了基本上但本质上反映真实情况,取至五级几何象差,而各级象差系数是通过追迹必要数量的实际电子轨迹用最小二乘法确定。
要说明的一点是关于渐晕问题。在通过追迹实际轨迹来求解落点分布时,渐晕现象是很好确定的,只要把各电极所拦截的电子除外就可以了。但是,在利用象差的方法求落点分布时,则不知道哪些初始条件的电子被中间电极所截获。为此,就有必要在求落点分布之前,先把渐晕确定下来。这一点并不难实现,只是再增加一些计算量。不过,一般来说变象管电子光学系统为了获得较高的电子增益,都不采用特殊的光栏来故意拦截边缘电子以达到改善象质的目的。因此,在相当大的视场范围内都不存在渐晕问题,只有在离轴很远的区域或许有较小的渐晕现象。基于这种情况,为了简化计算程序和缩短计算时间,在程序中先未考虑这个问题。当然,在某些特殊管型中渐晕现象是必须予以考虑的。
为了求解不同象面处的OTF从而确定最佳象面位置,同时避免重复追迹轨迹而花费大量的计算时间,在计算不同εz的象差系数之前,先完成追迹110条轨迹的任务,并将每条轨迹只追迹到等位区的始端为止,然后将这些轨迹在等位区始端的初始条件储存起来。这样,在计算每一象面位置处的象差系数时就不要再重复追踪轨迹了,只要利用储存的轨迹初值求解等位区的运动方程即可。
对于不同的电子初能量和初始发射角,利用象差表达式,可以确定其在象平面上相对于主轨迹的位置,又由初能量和初始发射角的分布函数可以确定对应于这种初始状态的电子数目的多少。将所有不同的状态全部计算出来之后,就得到了点扩展函数。先未求全空间OTF,因此只需在子午和弧矢两个方向对点扩展函数积分,获得这两个方位的线扩展函数。
程序编制时未计算点扩展函数,而直接求出线扩展函数。这一点是很容易实现的。采用数值积分的方法,在每一种初始状态下,均可求出ξ(子午)、η(弧矢)的值,同时也求出了这种状态下的电子数目(或者为电子数目的相对值)。取1μm作为长度单位,将具有同一ξ值而不同η值的所有电子数目全部累加起来,最后便得到了子午方向的线扩展函数。同理,可得弧矢方向的线扩展函数。
旁轴轨迹包含有两个条件:离轴距离很小以及轨迹对轴的斜率大小。根据浸没物镜的性质可以知道:从阴极发出的电子具有不同的逸出角,因而轨迹初始部分斜率可能很大。可是由于电子初速很小,它们从阴极发出后立刻受到加集拢速场的强烈作用很快而形成一个细的电子束,然后继续在场中行进,经过会聚场的作用而最后成像。在浸没物镜中电子轨迹可以满足电子离轴r很小的条件,但在靠近阴极的区域中不满足轨迹很小的条件。
描写近轴轨迹的线性方程,还可以描写近轴轨迹和旁轴轨迹之相差即相差。它在形式上和旁轴轨迹方程相似,只须将(V0z+V)换成Vx=V0+V即得。(V0是初速对应的电位,V0z是在z方向分量所对应的电位)。但是一定要明确,线性方程和旁轴轨迹方程的意义有原则差别。因为线性方程可以描写斜率很大的近轴轨迹。因此,线性方程是更普遍的公式,它包括了旁轴方程,当逸出角a→0,即V0z=V0cosa→V0时,线性方程就趋于旁轴方程。
交叉截面——第二透镜的物,它是发射系统的主要参量之一。因此,对它进行详细的讨论,有实用价值的确所在定是:交叉截面的位置zcr,大小rcr,交叉截面的电流密度分布Jcr(r),电子束发散角θ0因为,zcr决定了第二透镜的物平面,Jcr决定了物的有效半径,θ角决定了第二透镜像差。由于在阴极附近电位较低,热初速影响显著,同时又存在空间电荷的影响和非旁轴所带来的像差。