电子光学

　　内容简介本书系作者在复旦大学物理系长期讲课的讲义基础上，结合自己的研究成果并参照国内外最新资料经过反复修改而成的。全书共分上、下两篇。上篇系统地介绍带电粒子在电磁场中运动的基本规律，并从这种基本规律出发，阐述电子束聚焦成像、聚束成形的原理，对各种电子透镜、电子枪、电子能量分析器等电子光学元件及系统的工作原理与性能作了介绍。下篇专门介绍电子光学系统计算机辅助设计的几种典型方法。对当代电子光学的新发展也有充分反映。本书可以作为高等学校物理电子学及有关专业的电子光学课程的教材，也可供研究生、教师和有关科技工作者参考。

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     目 录
   前言
   绪论
    上篇 电子光学原理和系统
   第一章 旋转对称静电场和静磁场
    1.1旋转对称静电场
    一 旋转对称静电场的级数表示法
    二 旋转对称电场的近轴性质
    三 旋转对称静电场的力函数流函数
    1.2旋转对称静磁场
    一 旋转对称磁场的矢量磁位
    二 旋转对称磁场的级数表达式
    三 旋转对称磁场的近轴性质
    四 旋转对称磁场的标量磁位
   第二章 静电磁场中带电粒子的运动
    2.1电子及其运动的基本概念
    一 电子的电荷和质量
    二 罗仑兹力和电子运动方程式
    三 能量关系式
    2.2电子轨迹方程
    一 直角坐标系中的轨迹方程
    二 圆柱坐标系中的轨迹方程
    2.3旋转对称电磁场中电子近轴轨迹方程
    一 旋转对称电场中近轴轨迹方程
    二 复合场中近轴轨迹方程
    2.4旋转对称电磁场的聚焦成像性能
    一 旋转对称电场的理想成像
    二 复合场中的理想成像
    2.5电子光学系统尺寸变换时的轨迹相似性
    一 零初速、无磁场，九空间电荷
    二 零初速、有磁场、无空间电荷
    三 零初速、无磁场、有空间电荷
    四 有初速、无磁场、无空间电荷
    五 有初速、无磁场有空间电荷
    附录I 最小作用量原理和普遍情况下的电子光学折
    射率
    一 最小作用量原理
    二 普遍情况下的电子光学折射率
    附录Ⅱ 光学方法推导电子轨、迹方程
    附录Ⅲ 相对论修正下的普遍轨迹方程
   第三章 电子透镜
    3.1电子透镜的参量及其基本关系式
    一 电子透镜的基点
    二 朗斯基行列式
    三 电子透镜的成像关系式
    3.2静电透镜的焦距和主平面位置
    一 静电透镜的焦距公式
    二 静电透镜的主平面
    3.3 电子透镜的矩阵表示
    一 薄透镜的矩阵表示和薄透镜的组合
    二 薄透镜物像关系的矩阵计算
    三 厚透镜的矩阵表示
    3.4 静电透镜的分类和性能分析
    一 静电透镜的分类和特征
    二 静电透镜的轴上电位和性能分析
    3.5 磁透镜
    一 均匀磁场的聚焦作用 长磁通镜
    二 旋转对称磁场的透镜作用
    三 短磁透镜
    四 磁透镜的场分布
    五 钟形磁场中的电子运动轨迹和电子光学参量
   第四章 电子光学系统的像差
    4.1几何像差
    一 几何像差的一般数学表示
    二 几何像差的复数表示
    4.2各种几何像差的定义和相应的图形
    一 球差
    二 彗形像差
    三 像散、场曲和畸变
    4.3球差系数C3的计算
    4.4色差
    一 像位色差
    二 放大色差
    三 转角色差
    四 色差系数Cc的计算
    4.5空间电荷像差
    4.6电场的非旋转对称性产生的像差
    4.7电子的波性与衍射像差
    一 惠更斯－菲涅尔原理
    二 圆孔光阑的夫琅和费衍射和成像系统的分辨
    率
   第五章 电子束的偏转
    5.1偏转系统的一般要求
    5.2静电偏转
    一 平行板静电偏转系统
    二 倾斜板静电偏转系统
    三 多折板静电偏转系统
    四 静电偏转板的对称供电
    五 静电偏转盒
    5.3磁偏转
    一 均匀磁场的偏转灵敏度
    二 实用的偏转线圈结构
    5.4偏转解聚
    一 静电偏转的偏转解聚
    二 磁偏转的偏转解聚
   第六章 非旋转对称电子光学系统
    6.1柱面透镜
    6.2静电四极场透镜
    一 静电四极场的构成及其空间电位分布
    二 静电四极场中的电子运动轨迹
    三 静电四极透镜的焦距
    四 电子运动的相对论修正
    五 静电四极透镜的应用
    6.3 磁四极透镜
    一 磁四极透镜的构成和空间磁场分布
    二 磁四极透镜中带电粒子运动轨迹和焦距 主平面位置
    三 带电粒子运动的相对论修正
    四 四极透镜对和双聚焦条件
    五 周期四极透镜
    附录I 转换矩阵的判别式
   第七章 电子枪
    7.1细束电子枪的基本结构
    7.2 细束电子枪的发射系统
    一 发射系统中的电子运动和交叠点的形成
    二 交叠点截面的大小
    三 交叠点截面的电流密度分布
    四 交叠点截面的位置
    五 发射系统的特性参量
    六 发射系统的替代法设计
    七 四极式发射系统
    7.3细束电子枪的主聚焦系统（主透镜）
    一 静电聚焦电子枪
    二 新型的静电透镜
    三 磁聚焦电子枪 磁透镜与静电透镜的比较
    7.4电子枪发射系统与主聚焦系统的匹配
    7.5细束电子枪的新型式
    一 层流枪
    二 低能枪
    三 场发射枪
    7.6强流电子枪
    一 矩形截面平行电子注的皮尔斯电子枪
    二 圆柱形平行电子注的皮尔斯电子枪
    三 锥形电子注的皮尔斯电子枪
    四 阳极孔的发散效应
   第八章 电子光学的相空间理论
    8.1相空间、系综及刘维定理
    一 相空间与系综
    二 刘维定理
    三 相面积、发射度与接收度
    8.2 电子光学系统中电子运动的相空间表示
    一 线性力作用下的粒子运动的相图
    二 四极场透镜中粒子束运动的相空间分析
    三 旋转对称电子光学系统的相空间分析
    8.3电子束传输的相椭圆变换
    一 相椭圆的矩阵方程
    二 粒子束传输过程的椭圆变换
    三 相椭圆系数矩阵σ的物理意义
    四 束流的匹配传输
    8.4相空间理论与传统电子光学理论比较
   第九章 电子光学传递函数和儡质评价
    9.1传递函数的数理基础
    一 傅里叶级数
    二 傅里叶变换
    三 常见函数的傅里叶变换
    四 傅里叶变换的若干性质
    五 卷积
    六 相关
    9.2光学传递函数
    一 基本概念
    二 光学传递函数
    三 光学传递函数与光瞳函数的关系
    9.3电子光学传递函数与像质评价
    一 电子光学传递函数与像质评价
    二 电子光学调制传递函数（MTF）的测量
   第十章 静电电子能量分析器及其电子光学
    10.1平板镜式分析器
    10.2柱形偏转分析器
    10.3球形偏转分析器
    10.4筒镜分析器
    一 带电粒子的运动方程及轨迹
    二 角度像差
    三 筒镜分析器的最佳工作参数
    上篇参考文献
    下篇 电子光学系统的计算机辅助设计
   第十一章 电磁场计算
    11.1有限差分法
    一 二维拉普拉斯方程和泊松方程的差分格式
    二 差分方程求解——迭代法
    三 空间电荷密度的计算
    四 边界处理
    五 有限差分法计算磁场
    11.2有限元法
    一 有限元法的变分原理基础
    二 二维拉普拉斯方程有限元解法
    三 二维泊松方程的有限元解法
    四 磁场的有限元法计算
    五 有限元法与有限差分法的比较
    11.3边界元法
    一 加权余量表示式的建立
    二 边界元法的基本原理
    三 边界元方程的数值计算
    四 边界元法和有限元法计算框图比较
    11.4计算空间电荷场的非交替法
    附录I 电子光学中几种常用的数学方法
    一 求解线性代数方程组的高斯消去法
    二 矩阵作一维表示的消去法
    三 矩阵作一维表示的有限元法中的总体合成
   第十二章 电子轨迹和电子光学参量的计算
    12.1运动方程的数值计算
    一 降阶法
    二 级数展开法
    三 小步抛物线法
    12.2轨迹方程的数值计算
    一 龙格－库塔法
    二 纽莫洛夫公式
    12.3电子光学参量的计算
    一 电子透镜主平面的确定和基点参量的计算
    二 像差系数的计算
   第十三章 电子光学系统的最优化设计
    13.1最优化基本原理和方法
    一 最优化基本问题
    二 最优化问题的基本解法
    13.2单纯形法——无约束最优化方法
    13.3复合形法——有约束最优化方法
    一 复合形法迭代
    二 检验调整能行点方法
    13.4单纯形法和复合形法计算实例与结果
    13.5鲍威尔法
    下篇参考文献
    基本物理常数