Wave Shaping of Structured Optical Beams in a Near-Concentric Optical Cavity

Abstract

Electron microscopes, powerful imaging tools widely used in scientific fields, suffer from aberrations introduced by electron optics. These can be corrected by shaping elec- tron beams using light. We simulate an optical cavity providing power enhancement sufficient for creating an electron phase plate for spherical aberration compensation of electron lenses in continuous wave regime of both the laser and the electron microscope. The simulations are based on an existing code based on Fresnel propagation of optical fields, which was modified by including an anaclastic lens for mode-matching and holes in the cavity mirrors to allow the electrons to pass through. Optimal mirror reflectivity and hole size were determined for the Laguerre-Gaussian beam, enabling spherical aberration compensation. We designed the cavity for future experimental implementation.

Elektronový mikroskop je zobrazovacím nástrojem používaným v mnoha vědeckých oborech. Použitá elektronová optika nicméně zavádí do systému zobrazovací vady. Tyto vady lze korigovat tvarováním elektronového svazku pomocí silného paprsku světla. V této práci jsme proto simulovali optický rezonátor, který poskytne dostatečnou intenzitu světla v kontinuálním režimu laseru i elektronového mikroskopu. Simulace jsou založeny na existujícím kódu využívajícím Fresnelovu propagaci optických polí, do kterého byla přidána asférická čočka pro lepší zavedení svazku do rezonátoru a otvory v zrcadlech pro průchod elektronů. Následně jsme optimalizovali parametry zrcadel a velikost otvorů za použití Laguerre-Gaussova svazku. Navrhli jsme tak rezonátor, který bude v budoucnu postaven a experimentálně použit.