同步辐射科学基础

1.绪言——同步辐射的特征及用途

1.1 发展历史

1.2 同步辐射的特性

1.2.1 电子束的形状及同步辐射强度的单位

1.2.2 来自弯转磁铁（圆周运动产生）的辐射

1.2.3 波荡器产生的辐射

1.2.4 相干性

1.2.5 光束线站处的同步辐射

1.3 应用研究

1.3.1 真空紫外、软X射线的应用研究

1.3.2 硬X射线的应用研究

1.3.3 红外线的应用研究

1.4 同步辐射光源与其他光源的比较

参考文献

2.同步辐射产生的机理

2.1 电子运动的相对论描述

2.1.1 狭义相对论概要

2.1.2 电磁场中电子的运动方程

2.2 运动电子发出的电磁波

2.2.1 李纳一维谢尔（Riennard-weichert）势

2.2.2 运动电子产生的电磁波

2.3 圆周运动产生的辐射

2.3.1 辐射的方向性

2.3.2 辐射功率

2.3.3 辐射强度的能量分布

2.3.4 角度分布

2.4 波荡器产生的辐射

2.4.1 平面波荡器产生的辐射

2.4.2 螺旋波荡器产生的辐射

3.同步辐射光源

3.1 整体结构

3.2 电子束的轨道

3.2.1 磁铁对电子束的作用

3.2.2 磁场

3.2.3 运动方程

3.2.4 运动方程的解

3.2.5 轨道的各种参数

3.2.6 磁铁

3.3 高频加速

3.3.1 同步加速器振荡

3.3.2 运动方程

3.3.3 辐射衰减

3.3.4 高频腔

3.4 电子束的寿命及不稳定性

3.4.1 真空

3.4.2 图谢克（Touschek）效应

3.4.3 不稳定性

3.5 相干光的发生

3.5.1 红外线相干辐射

3.5.2 自由电子激光

参考文献

4.物质对光的响应

4.1 物质与光的电磁学

4.1.1 介电常数和光学常数

4.1.2 菲涅尔（Fresmel）公式

4.1.3 克拉默斯一克勒尼希（Kramers-Kr6nig）分析

4.2 物质和光响应的微观经典论

4.2.1 洛伦兹（Lorentz）模型

4.2.2 德鲁德（Drude）模型

4.2.3 原子散射因子、偏振因子

4.3 光跃迁的量子论

4.3.1 光跃迁的一般理论

4.3.2 一阶过程

4.3.3 二阶过程

4.3.4 俄歇（Auger）过程和辐射过程

参考文献

5.分光与光谱技术

5.1 物质对光的吸收

5.2 聚焦镜

5.2.1 单一物质的反射率

5.2.2 多层膜

5.2.3 成像的条件

5.2.4 镜子材料、冷却和污染等问题

5.3 单色器

5.3.1 衍射光栅单色器

5.3.2 晶体单色器

5.4 滤波器

5.5 起偏器

5.6 探测器

5.6.1 零维探测器

5.6.2 一维探测器

5.6.3 二维探测器

5.7 时间分辨测定

5.8 光束线

参考文献

6.气体的真空紫外、软x射线光谱

6.1 原子光谱

6.1.1 单电子跃迁谱

6.1.2 双电子激发——自电离

6.1.3 巨大共振

6.2 分子光谱

6.2.1 玻恩一奥本海默（BormOppenheimer）近似和内壳层光电子谱

6.2.2 形状共振效应

6.2.3 简并内壳层激发态的分裂和动量画像测量

参考文献

7.固体的真空紫外、软X射线光谱

7.1 晶体的电子构造

7.2 在晶体中的光跃迁过程

7.3 光谱测量

7.3.1 吸收、发光谱测量

7.3.2 光电子能谱测量

7.4 半导体、离子晶体

7.5 金属

7.5.1 贵金属及碱金属

7.5.2 过渡金属

7.5.3 稀土金属

7.6 高温超导体

7.7 有机材料

7.7.1 有机材料的软X射线吸收谱

7.7.2 有机材料的光电子谱

7.8 金属介观体系的光电子谱

7.9 固体表面

7.9.1 固体表面的光电子谱

7.9.2 固体表面的光电子衍射

参考文献

8.利用同步辐射的工艺研究

8.1 表面光反应

8.1.1 固体表面的光激发反应的基本过程

8.1.2 用光激发清洁半导体表面

8.1.3 利用光激励表面反应生长新材料和产生刻蚀

8.2 微细加工

参考文献

9.X射线的结构解析

9.1 晶体的弹性散射

9.1.1 衍射强度

9.1.2 德拜一沃勒(Debye-Waller）因子

9.1.3 电子密度分布

9.2 衍射实验法

9.2.1 粉末晶体结构解析

9.2.2 单晶结构解析

9.2.3 同步辐射X射线衍射的优点

9.3 高温超导体、有机导体及铁电体的结构解析

9.3.1 高温超导体

9.3.2 有机导体

9.3.3 铁电体

9.4 电荷、轨道有序体系——钙钛矿型Mn氧化物

9.4.1 电荷分布规律的观测

9.4.2 轨道分布规律的观测

9.5 高压下的结构解析

……

10.扩散X射线吸收精细胞（EXAFS）局域结构解析

11.利用荧光X射线的元素分析和结构分析

12.X射线非弹性散射

13.红外光谱

14.成像

附录

索引

同步辐射是被加速到接近光速的电子，在磁场中困向心加速度而改变运动方向时产生的亮度极高、性能极佳的辐射。基于同步辐射的各种现代实验技术，在凝聚态物理和材料科学、化学与聚合物科学、生物和医学、分子环境科学、农学和林学等众多领域以及广泛的工业应用中，已是不可或缺的手段。该书从同步辐射的特性及其产生原理说起，阐述了同步辐射光源和光束线技术；解说了原子、分子，晶体及晶体表面的关于真空紫外、软x射线谱学和光电子能谱的电子结构研究；解说了利用硬X射线的X射线衍射的晶体结构解析，利用扩展X射线吸收精细结构技术的物质局域结构分析，以及X射线荧光分析和关于非弹性散射的电子结构研究，等等。研究对象涉及无机材料和有机材料的晶体、非晶体、液体，表面与界面以及蛋白质等诸多疗面。此外，还介绍了利用同步辐射的工艺应用研究、红外线谱学、从红外线到软X射线、硬X射线的成像研究等。《同步辐射科学基础》可以作为同步辐射科学研究人员的教材和参考工具。