針對一款高時空分辨率飛秒條紋變像管的帶極靴磁透鏡結構，提出了更加符合實際磁場分布規律的“高斯型”磁場分析模型，并且研究了磁透鏡內徑比對條紋變像管時間、空間分辨特性的影響。利用Lorentz 軟件數值研究了條紋變像管中不同內徑比的磁透鏡所產生的磁場分布，并且采用Monte-Carlo 方法對大量光電子初始參量進行抽樣計算，通過跟蹤行波偏轉前置短磁聚焦條紋變像管中大量光電子的運行軌跡，統計分析了光電子在最佳像面上的位置分布，最后利用調制傳遞函數對條紋管時空分辨能力進行評價。結果表明: 當磁透鏡內徑比r1 /r2 = 0. 83 時，磁場對電子束進行有效聚焦，獲得物理時間分辨率優于190 fs，且狹縫邊緣( 狹縫總長度為6 mm) 空間分辨率達到100 lp /mm 的結果。

　　磁透鏡因其二階像差系數小、聚焦情況可通過調節激磁線圈電流而方便實現，且磁線圈不需要加高電壓、易絕緣、不致擊穿等優點，廣泛應用于高精度探測、超快診斷設備中。其中，捷克科學院科學儀器研究所I Konvalina將磁透鏡與陰極透鏡組合后用作商業掃描電子顯微鏡(SEM) 的物鏡，通過對電子槍發射的電子束聚焦，形成直徑極小的電子探針，實現對樣品表面形貌的高分辨率探測。美國勞倫斯伯克利國家實驗室馮軍設計的磁透鏡聚焦條紋變像管，有效提高了變像管的時空分辨能力。隨著整機性能要求的不斷提高，對磁透鏡設計提出了更高要求。

　　目前，關于磁透鏡磁場分布模型，以及極靴形狀對電子顯微鏡性能的影響已有文獻報道。但是現有的“鐘形”磁場分布模型與實際磁場分布有較大偏差，無法滿足對磁透鏡理論分析的要求，而且磁透鏡結構對條紋變像管性能影響的分析報道很少。基于此，本文針對一款高時空分辨率短磁聚焦式飛秒條紋變像管，構建了更符合實際分布的磁場分布模型，分析了磁透鏡內徑比對磁場分布、條紋變像管時空分辨率的影響，實現了對磁透鏡結構的優化設計，為條紋管的實際加工以及相機的性能改善提供了理論依據。

　　1、磁透鏡磁場分布模型

　　目前常用的磁透鏡可分為三種類型: 無鐵磁透鏡、帶鐵殼磁透鏡和帶極靴磁透鏡，其結構如圖1 所示。通過加入鐵殼和極靴，可以使短磁聚焦系統的磁場分布更加集中，且在較短的軸向范圍內形成很強的旋轉對稱磁場，有效解決靜電透鏡對高能光電子聚焦能力較弱，光電子減速，能量彌散大且空間電荷效應顯著等缺點，通過減小電子渡越時間彌散，提高系統時間分辨率。

　　圖1 磁透鏡的分類

　　4、結論

　　本文針對帶極靴磁透鏡結構，提出了更符合實際磁場分布規律的“高斯型”磁場模型，通過建立行波偏轉器前置短磁聚焦條紋變像管的電子光學系統，對不同內徑比的磁透鏡在變像管電子光學系統中的磁場分布進行模擬，通過追蹤大量符合一定統計分布規律光電子的運行軌跡，數值分析了磁透鏡內徑比對條紋管時空分辨率能力的影響。在合理控制計算精度的基礎上，得出了理論上可信的結果：當磁透鏡內徑比r1/r2 = 0.83 時，磁場對電子束進行有效聚焦，物理時間分辨率優于190 fs，且狹縫邊緣空間分辨率達到100 lp /mm。