用Simion的研究离子束聚焦-课件

使用Simion模拟离子束聚焦（40课时）聚焦原理简介比较三种透镜汇聚效果1张代谦/063007204412022/12/19使用Labview观察二级相变（20课时）（不讲）使用Simion模拟离子束聚焦（40课时）聚焦原理简介1张1模拟离子束聚焦实验1.聚焦原理简介2E取中轴附近一个很小的圆柱空间静电场散度为零要求侧面有柱对称分布的汇聚电场。模拟离子束聚焦实验1.聚焦原理简介2E取中轴附近一个很小的2模拟离子束聚焦实验1.聚焦原理简介3上图所示透镜被称为浸没透镜。正离子从左侧发射进入透镜场区域，经历先发散后会聚的过程，由于在汇聚区域内具有较小的速度，故汇聚作用占优势。不同的透镜有不同的汇聚和发散区域，下详模拟离子束聚焦实验1.聚焦原理简介3上图所示透镜被称为浸没3三种透镜示意图：2.比较三种透镜聚焦效果4模拟离子束聚焦实验普通浸没透镜：由两个圆筒电极构成膜孔状浸没透镜：由两个膜孔电极构成单透镜：三个圆筒电极构成，第一和第三电极有相同电位三种透镜示意图：2.比较三种透镜聚焦效果4模拟离子束聚焦实452.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。实验步骤：simion软件无法直接得到离子束半径，故取一平面使其垂直于中轴（x轴），发射1000个离子，得到1000个坐标；再用C程处理1000个坐标得到离开轴距离最大值作为离子束半径，改变截面位置，得到一条曲线。52.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极562.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。62.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极672.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。72.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极782.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。82.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极892.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。结果分析：改变电极上的电位差，普通透镜与单透镜聚焦效果差不多。随着电位差增大，焦距变短；聚焦效果越来越好，比值趋向10%。膜孔状浸没透镜效果好于另外两种。随着电位差增大，焦距变短；聚焦效果维持在10%附近，变化不大。膜孔状浸没透镜实现聚焦所需要的电位差较其他两种小。（优势）92.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极9102.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验B.改变离子发射半锥角，观察聚焦效果变化。实验步骤：设定此1000个离子发射的初始速度均匀分布在一个圆锥形区域内，改变该圆锥的半锥角，观察离子束聚焦半径随着该角度的变化规律。得到聚焦半径的方法如前述。（实际情况不可能是平行出射，必然有一个分布）102.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验B.改变离10112.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验B.改变离子发射半锥角，观察聚焦效果变化。（电极间电位差均设为1000V)膜孔状浸没透镜效果好于前两者112.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验B.改变离1112C.聚焦效果与轴向电位曲线。实验方法：中轴处发射一中性粒子。每隔一个固定的时间间隔，记录该粒子处空间电位，由此得到中轴线上的电位曲线。对其两次微商，观察透镜场对离子的影响。2.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验12C.聚焦效果与轴向电位曲线。实验方法：2.比较三种透1213C.聚焦效果与轴向电位曲线。（普通浸没透镜）发散汇聚2.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验13C.聚焦效果与轴向电位曲线。发散汇聚2.比较三种透镜1314C.聚焦效果与轴向电位曲线。（膜孔状浸没透镜）发散汇聚2.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验14C.聚焦效果与轴向电位曲线。发散汇聚2.比较三种透镜1415C.聚焦效果与轴向电位曲线。（单透镜）发散汇聚发散2.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验15C.聚焦效果与轴向电位曲线。发散汇聚发散2.比较三种1516C.聚焦效果与轴向电位曲线。透镜场对离子的汇聚作用不仅由轴向电位二阶导决定，同时取决于离子在相应位置所待的时间在汇聚处速度较慢，在发散处速度较快。故总的效果是汇聚。2.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验16C.聚焦效果与轴向电位曲线。透镜场对离子的汇聚作用不仅1617模拟离子束聚焦实验2.比较三种透镜聚焦效果反映透镜场聚焦效果的量应该是它越大，聚焦效果越强；反之亦然。可看做透镜场整体对离子的汇聚效果。它与离子束的聚焦半径之间应该存在某种关系(记为S)C.聚焦效果与轴向电位曲线。17模拟离子束聚焦实验2.比较三种透镜聚焦效果反映透镜场聚1718模拟离子束聚焦实验2.比较三种透镜聚焦效果C.聚焦效果与轴向电位曲线。单透镜实验结果：（电压900V~1200V）18模拟离子束聚焦实验2.比较三种透镜聚焦效果C.聚焦效1819模拟离子束聚焦实验2.比较三种透镜聚焦效果C.聚焦效果与轴向电位曲线。普通浸没透镜实验结果：（电压750V~1050V）19模拟离子束聚焦实验2.比较三种透镜聚焦效果C.聚焦效19谢谢！谢谢！20使用Simion模拟离子束聚焦（40课时）聚焦原理简介比较三种透镜汇聚效果21张代谦/063007204412022/12/19使用Labview观察二级相变（20课时）（不讲）使用Simion模拟离子束聚焦（40课时）聚焦原理简介1张21模拟离子束聚焦实验1.聚焦原理简介22E取中轴附近一个很小的圆柱空间静电场散度为零要求侧面有柱对称分布的汇聚电场。模拟离子束聚焦实验1.聚焦原理简介2E取中轴附近一个很小的22模拟离子束聚焦实验1.聚焦原理简介23上图所示透镜被称为浸没透镜。正离子从左侧发射进入透镜场区域，经历先发散后会聚的过程，由于在汇聚区域内具有较小的速度，故汇聚作用占优势。不同的透镜有不同的汇聚和发散区域，下详模拟离子束聚焦实验1.聚焦原理简介3上图所示透镜被称为浸没23三种透镜示意图：2.比较三种透镜聚焦效果24模拟离子束聚焦实验普通浸没透镜：由两个圆筒电极构成膜孔状浸没透镜：由两个膜孔电极构成单透镜：三个圆筒电极构成，第一和第三电极有相同电位三种透镜示意图：2.比较三种透镜聚焦效果4模拟离子束聚焦实24252.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。实验步骤：simion软件无法直接得到离子束半径，故取一平面使其垂直于中轴（x轴），发射1000个离子，得到1000个坐标；再用C程处理1000个坐标得到离开轴距离最大值作为离子束半径，改变截面位置，得到一条曲线。52.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极25262.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。62.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极26272.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。72.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极27282.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。82.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极28292.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极之间的电位差，观察聚焦效果变化。结果分析：改变电极上的电位差，普通透镜与单透镜聚焦效果差不多。随着电位差增大，焦距变短；聚焦效果越来越好，比值趋向10%。膜孔状浸没透镜效果好于另外两种。随着电位差增大，焦距变短；聚焦效果维持在10%附近，变化不大。膜孔状浸没透镜实现聚焦所需要的电位差较其他两种小。（优势）92.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验A.改变电极29302.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验B.改变离子发射半锥角，观察聚焦效果变化。实验步骤：设定此1000个离子发射的初始速度均匀分布在一个圆锥形区域内，改变该圆锥的半锥角，观察离子束聚焦半径随着该角度的变化规律。得到聚焦半径的方法如前述。（实际情况不可能是平行出射，必然有一个分布）102.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验B.改变离30312.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验B.改变离子发射半锥角，观察聚焦效果变化。（电极间电位差均设为1000V)膜孔状浸没透镜效果好于前两者112.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验B.改变离3132C.聚焦效果与轴向电位曲线。实验方法：中轴处发射一中性粒子。每隔一个固定的时间间隔，记录该粒子处空间电位，由此得到中轴线上的电位曲线。对其两次微商，观察透镜场对离子的影响。2.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验12C.聚焦效果与轴向电位曲线。实验方法：2.比较三种透3233C.聚焦效果与轴向电位曲线。（普通浸没透镜）发散汇聚2.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验13C.聚焦效果与轴向电位曲线。发散汇聚2.比较三种透镜3334C.聚焦效果与轴向电位曲线。（膜孔状浸没透镜）发散汇聚2.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验14C.聚焦效果与轴向电位曲线。发散汇聚2.比较三种透镜3435C.聚焦效果与轴向电位曲线。（单透镜）发散汇聚发散2.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验15C.聚焦效果与轴向电位曲线。发散汇聚发散2.比较三种3536C.聚焦效果与轴向电位曲线。透镜场对离子的汇聚作用不仅由轴向电位二阶导决定，同时取决于离子在相应位置所待的时间在汇聚处速度较慢，在发散处速度较快。故总的效果是汇聚。2.比较三种透镜聚焦效果模拟离子束聚焦实验16C.聚焦效果与轴向电位曲线。透镜场对离子的汇聚作用不仅3637模拟离子束聚焦实验2.比较三种透镜聚焦效果反映透镜场聚焦效果的量应该是它越大，聚焦效果越强；反之亦然。可看做透镜场整体对离子的汇聚效果。它与离子束的聚焦半径之间应该存在某种关系(记为S)C.聚焦效果与轴向电位曲线。17模拟离