DE821680C

DE821680C - Method for separating electrons of a certain phase from an electron beam

Info

Publication number: DE821680C
Application number: DEP13561D
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Otto Scherzer
Original assignee: SUEDDEUTSCHE LABORATORIEN GmbH
Current assignee: SUEDDEUTSCHE LABORATORIEN GmbH
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1951-11-19

Description

Verfahren zum Aussondern von Elektronen bestimmter Phase aus einem Elektronenstrahl Es ist zuweilen erforderlich, aus einem Elektronenstrahl diejenigen Elektronen auszusondern, deren Durchgangszeit durch eine bestimmte Ebene in der richtigen Beziehung zur Phase einer hochfrequenten Schwingung steht. In manchen Fällen, beispielsweise wenn die durchgelassenen Elektronen mit Hilfe hochfrequenzgespeicter Linsen zur elektronenoptischen Abbildung ausgenutzt werden sollen, ist es wichtig, daß die Geschwindigkeiten der durchgelassenen Elektronen durch den Aussonderungsvorgang nicht verändert werden. Die bisher bekannten Anordnungen zur Aussonderung von Elektronen erfüllen diese Bedingung bei hohen Frequenzen (io9 bis soll Hz) nicht. Steuergitter, Wehneltzylinder und ähnliche Systeme machen nämlich durch die unvermeidliche, rasch veränderliche Längskomponente ihres Feldes den durchgelassenen Elektronenstrahl geschwindigkeitsinhomogen. Die seitliche Ablenkung eines Elektronenstrahls bewirkt bei ebenen Ablenkplatten eine zwar geringere, aber in vielen Fällen doch noch störende Bewegung der Elektronen in Richtung der Feldlinien und damit eine Geschwindigkeitsänderung, wie in Fig. i, in der i den Elektronenstrahl, 2 die Ablenkplatten und 3 die Öffnung der Blende bezeichnet, schematisch dargestellt ist. Die Bewegung in Richtung der Feldlinien läßt sich für den durch die Öffnung der Blende fallenden Strahl durch geeignete Formgebung der Ablenkplatten 4, wie in Fig. 2 angedeutet ist, vermeiden. Es bleibt dann aber immer noch der Nachteil, daß für den Durchgang des Strahls durch das Ablenksystem nur eine Halb- Periode der Hochfrequenz, also nur recht kurze Zeit zur Verfügung steht, so daß eine starke Beeinflussung des Strahls nur bei Verwendung sehr starker Felder möglich ist.Process for separating electrons from a certain phase Electron Beam It is sometimes necessary to make ones out of an electron beam Weed out electrons, their transit time through a certain plane in the is correctly related to the phase of a high frequency oscillation. In some Cases, for example, when the transmitted electrons with the help of high frequency stored Lenses are to be used for electron optical imaging, it is important to that the velocities of the electrons passed through by the separation process cannot be changed. The previously known arrangements for the elimination of electrons do not meet this requirement at high frequencies (io9 to should Hz). Control grid, Wehnelt cylinder and similar systems make namely through the inevitable, quickly variable longitudinal component of their field is the transmitted electron beam speed inhomogeneous. The lateral deflection of an electron beam causes in the case of flat deflector plates, a smaller one, but in many cases still a disruptive one Movement of the electrons in the direction of the field lines and thus a change in speed, as in Fig. i, in which i the electron beam, 2 the deflector plates and 3 the opening denotes the aperture, is shown schematically. The movement towards the Field lines can be passed through for the beam falling through the aperture of the diaphragm suitable shaping of the baffles 4, as indicated in Fig. 2, avoid. But then there still remains the disadvantage that for the passage of the beam through the deflection system only half Period of the high frequency, so only quite a short time is available, so that a strong influence on the beam is only possible when using very strong fields.

Diese Nachteile werden bei dem Verfahren zum Ausblenden von Elektronen einer bestimmten Phase aus einem Elektronenstrahl durch Ablenken des Strahls über eine Blendenöffnung dadurch vermieden, daß die Ablenkung durch elektromagnetische Wellen bewirkt wird, die etwa in gleicher Richtung und mit der Geschwindigkeit der Strahlelektronen fortschreiten. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, vorzugsweise einstellbare, Mittel zur Beeinflussung der Geschwindigkeit der Wellen in dem für die Ablenkung maßgebenden Teil ihres Weges vorzusehen. Zur Führung der Wellen wird man in der Regel Ablenkleitungen benutzen, die sich etwa parallel zum nicht abgelenkten Strahl erstrecken. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch mit anderen Mitteln durchgeführt werden, wenn sie geeignet sind, sicherzustellen, daß sich die Wellen in der Richtung und mit der Geschwindigkeit der Strahlelektronen in dem der Ablenkung dienenden Teil ihres Weges bewegen.These disadvantages become apparent in the electron masking method a certain phase from an electron beam by deflecting the beam a diaphragm opening thereby avoided that the deflection by electromagnetic Waves is effected, which are roughly in the same direction and with the speed of the Beam electrons progress. It is particularly useful here, preferably adjustable, means for influencing the speed of the waves in the for to provide the distraction significant part of their way. To guide the waves is you usually use deflection lines that are roughly parallel to the undeflected Extend beam. However, the method according to the invention can also be carried out by other means be carried out when appropriate to ensure that the waves are moving in the direction and with the speed of the beam electrons in which the deflection the serving part of their way.

Die Fig. 3 bis io zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei der Anordnung nach Fig. 3 verläuft der unabgelenkte Elektronenstrahl 1 in der :litte zwischen zwei Leitern 5, einer symmetrischen, beispielsweise durch einen Widerstand 6 abzuschließenden Doppelleitung. Beim Fortschreiten einer Welle längs dieser Leitung werden nur die Elektronen nicht beeinflußt, die sich während des gesamten Weges in einem Spannungsknoten befinden; alle anderen Elektronen werden jedoch abgelenkt und gehen daher nicht durch die Öffnung 3 der Blende.FIGS. 3 to 10 show exemplary embodiments in a partially schematic representation of devices for carrying out the method according to the invention. In the arrangement According to FIG. 3, the undeflected electron beam 1 runs in the middle between two conductors 5, one symmetrical, for example to be terminated by a resistor 6 Double line. When a wave progresses along this line, only the Electrons are not affected, which are in a voltage node during the entire path are located; however, all other electrons are deflected and therefore do not go through the opening 3 of the panel.

An Stelle einer Doppelleitung wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. ,4 eine einadrige Leitung verwendet, bei der der Strahl zwischen dein Mantel 7 und dem Innenleiter 8 verläuft. Bei sehr kurzen Wellen lassen sich auch Hohlrohre ohne Innenleiter verwenden. Die zur Herabsetzung der WellengeschNvindigkeit erforderliche Belastung der Leitung kann auf sehr verschiedene Weise erfolgen. Eine kapazitive Belastung kann man beispielsweise, wie in den Fig. 5 und 6 angedeutet ist, durch Ansätze 9 auf der dein Strahl abgewandten Seite des Innenleiters 8 erzielen. Zu dem gleichen Zweck kann mau auch, wie in Fig.7 schematisch gezeigt ist, ein dielektrisches Zwischenmaterial io vorsehen. Diese Anordnung weist zudem den Vorteil auf, daß bei ihr das Feld homogener ist. Eine induktive Belastung erreicht man durch wendelförmige Ausbildung des Leiters bzw. der Leiter, wie Fig. 8 zeigt, oder durch Einschneiden eines Gewindes. Solche Anordnungen haben gegenüber den vorgenannten den Vorteil, daß sie einen höheren Wellenwiderstand aufweisen und daher bei gleicher Spannung einer geringeren Leistung bedürfen.Instead of a double line, a single-core line is used in the embodiment according to FIG. 4, in which the beam runs between the jacket 7 and the inner conductor 8. With very short shafts, hollow tubes without an inner conductor can also be used. The load on the line required to reduce the shaft speed can be applied in very different ways. A capacitive load can be achieved, for example, as indicated in FIGS. 5 and 6, by means of attachments 9 on the side of the inner conductor 8 facing away from the beam. For the same purpose, as shown schematically in FIG. 7, a dielectric intermediate material can also be provided. This arrangement also has the advantage that the field is more homogeneous with it. An inductive load is achieved by a helical design of the conductor or conductors, as shown in FIG. 8, or by cutting a thread. Such arrangements have the advantage over the aforementioned ones that they have a higher wave resistance and therefore require less power for the same voltage.

Damit der Strahl nicht zweimal während jeder Periode der Hochfrequenzspannung die Öffnung 3 der Blende überstreicht, kann man durch entsprechende Ausbildung der Leitnah, z. 13'. Verdrehen an ihren Enden, oder durch Anbringen geeigneter Ansätze 11 an die Leiter, wie Fig. 9 zeigt. dafür Sorge tragen, daß der Strahl auch eine kleine Alllenkung in Querrichtung in geeigneter Phasenlage erhält, so daß der Strahl auf (lern Schirm eine schmale Ellipse 12 beschreibt, auf der die Öffnung 3 der Blende liegt. Die richtige I-iastellung der 1?llipse wird sehr erleichtert, wenn die Blende auf ihrer dem Strahl zugekehrten Seite mit Leticlitsul)stanz versehen ist.So that the beam does not sweep over the opening 3 of the diaphragm twice during each period of the high-frequency voltage, one can by appropriate training of the Leitnah, z. 13 '. Twisting at their ends, or by attaching suitable lugs 11 to the ladder, as Fig. 9 shows. make sure that the beam also receives a small all-round deflection in the transverse direction in a suitable phase position so that the beam describes a narrow ellipse 12 on the screen, on which the opening 3 of the diaphragm lies. The correct position of the ellipse is made much easier if the diaphragm is provided with a leticlitsul) punch on the side facing the beam.

Um nur fortschreitende Wellen auf der Ablenkleitung zu erzeugen, kann man die Leitung am I?nde mit ihrem Wellenwiderstand abschließen oder das ablenkende Leitungsstück in die zu einem geeigneten Verbraucher führende Leitung einsetzen. lZücklaufende Wellen auf der Ahlenkleitung heben den gewünschten Ablenkeftekt nicht auf, da sich ihr Einfluß auf die Elektronen zeitlich herausmittelt. l11 manchen Fällen kann sogar noch iai Grenzfall stehender Wellen mit Erfolg gearbeitet werden.In order to create only advancing waves on the deflection line, can one terminates the line at the Indde with its wave impedance or the distracting one Insert the line piece into the line leading to a suitable consumer. Returning waves on the Ahlenkleitung do not increase the desired deflection effect because their influence on the electrons is averaged out over time. l11 some In cases, even the borderline case of standing waves, can be worked with success.

Wird der für den Strahl passierbare Raum durch mehrere Blenden eingeengt oder auf der ganzen Länge eng gehalten, so kiinnen die beschriebenen Anordnungen aticli zur (,e@cliwin<ligkeitsliomogenisierung des Strahls verwendet werden, weil die Elektronen mit anderer Geschwindigkeit als der Wellengeschwindigkeit sich nicht. (lauernd 1111 Knoten der mit ihnen laufenden \1'elle halten l:<üiiien und deshalb aus dem Strahl herausgezogen werden.If the space that can be traversed by the beam is restricted by several diaphragms or kept tight along the entire length, the arrangements described can be used aticli can be used to (, e @ cliwin <ity homogenization of the beam, because the electrons are moving at a different speed than the speed of the waves not. (lurking 1111 knots of the \ 1'elle running with them hold l: <üiiien and therefore drawn out of the beam.

Um die Intensität des von der 131ende durchgelassenen Elektronenstrahls zu erliiilien, kann vor dem ablenkenden Svstein eine I@.lekti-oiiealiiise angebracht werden, die in der bei Oszillographen üblichen Weise die Kathode oder eine geeignete Blende auf den Schirm abbildet.About the intensity of the electron beam transmitted by the 131 end an I @ .lekti-oiiealiiise can be placed in front of the distracting Svstein the cathode or a suitable one in the usual way with oscilloscopes Aperture images on the screen.

l,'itie weitere Erhcihting der Intensit:it kann man erreichen, wenn man vor dein :\blenkungssvsteni, wie in Fig. io schematisch dargestellt ist, zwei Phasenlinsen 15 und if) vorsieht, die die atis der Kathode austretenden Elektronen nach (lein Durchlaufen einer Beschleunigungs- und Fokussierungseinrichtung 1.1 beeinflussen. Durch die erste Phasenlinse 15 wird der ursprünglich geschwindigkeitshomogene F.lektrcnienstrabl 1 (ladiirch inhomogen gemacht, daß die Elektronen periodisch zu hintereinander herlaufenden Gruppen größerer Dichte zusammengedrängt werden. Die zweite Phasenlinse 16, die in der N älie des Phasenbrennpunktes der ersten angeordnet ist, stellt die Geschwindigkeitshomogenität soweit möglich wieder her. Die etwa verbleibende Inhotnogenität ist belanglos, denn die Phase der Welle auf dem ablenkenden Leitungsstück kann so gewählt Nverden, daß nur der gut geschwindigkeitslioniogene Mittelteil der einzelnen Elektronengruppen durchgelassen wird, während die inhomogenen Vor- und Nachläufer abgefangen werden. Auf diese Weise liißt sich der durch die Aussortierung bedingte Intensitätsverlust erheblich vermindern. Es empfiehlt sich, zur Aussonderung in falscher Richtung verlaufender Elektronen und zur Intensitätssteigerung Hinter der zweiten Phasenlinse 16 eine Zwischenlinse 17 und Mittel zur Richtungsfokussierung 18 vorzusehen.l, 'itie further increasing the intensity: it can be achieved if one in front of your: \ blenkungssvsteni, as shown schematically in Fig. 10, two Phase lenses 15 and if) provides the electrons exiting the cathode after passing through an acceleration and focusing device 1.1. Through the first phase lens 15, the originally speed-homogeneous electrical transmission is made 1 (is made inhomogeneous in that the electrons run periodically one behind the other Groups of greater density are crowded together. The second phase lens 16, the is arranged in the vicinity of the phase focus of the first, represents the speed homogeneity as far as possible. Any remaining inhotnogenicity is irrelevant because the phase of the wave on the deflecting line piece can be chosen so that only the good speed ionogenic middle part of the individual electron groups is let through, while the inhomogeneous precursors and trailing edges are intercepted. In this way, the loss of intensity caused by the sorting out can be avoided reduce considerably. It is advisable to reject in the wrong direction Electrons and to increase the intensity behind the second phase lens 16 an intermediate lens 17 and means for directional focusing 18 to be provided.

Claims

PATEN TANSYRC CH E: i. A method of masking out electrons of a certain phase from an electron beam by guiding the beam over a diaphragm, characterized in that the guiding is effected by electromagnetic waves which progress approximately in the same direction and with the speed of the beam electrons.

2. The method according to claim r, characterized in that that preferably adjustable means for influencing the speed of the waves in the "for the distraction authoritative" for their way are provided.

3. The method as claimed in claim 1 or 2, in which deflection lines are used for guiding the waves, characterized in that the deflection lines are terminated with their characteristic impedance. . Method according to Claim 3, characterized in that cells standing on at least one of the steering lines are generated. Method according to Claim 3, characterized in that one or both deflection lines are located in the feed line to a consumer. 0.1? Iririclitrrng for carrying out the Vertfabrens according to r \ nspruch i to 5, characterized in that in the vicinity of the electron beam and approximately in its direction extending "\ lrlerrklinien and means for generating waves are provided which on, the Al > The deflection lines advance at approximately the speed of the beam electrons. 7. Directional line according to: \ nspruch 6, characterized in that, preferably adjustable, means for inductive and / or capacitive loading of the deflection lines are provided. B. Device according to claim 6 or 7, characterized characterized in that at least one of the deflection lines is terminated with its wave impedance. g. device according to claim 6 or the following, characterized in that a direction-focusing system is arranged in front of the deflecting system. io. device according to claim 6 or the following, characterized in that two Allenksysteme with, preferably perpendicular to each other, deflection direction in the direction of the beam g are arranged one behind the other. i i. Device according to Claim 6 or the following, characterized in that means are provided by which the beam is deflected in two directions in such a way that it sweeps over the end opening only once per period of the waves used for deflection. 12. Device according to claim 6 or the following, characterized in that the diaphragm is provided with a luminous substance on its side hit by the electron beam. 13. Device according to claim 6 or the following, characterized in that two phase lenses are attached in front of your deflecting system, the first of which periodically compresses the electrons of the electron beam with homogeneous velocity to form groups of greater density, while the second restores the velocity homogeneity of the electrons. 1.

4. Execution according to claim 6 or the following, characterized in that diaphragms with a narrow opening for separating out electrons undesired speed are provided.