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1　绪言——同步辐射的特征及用途1

1.1　发展历史1

1.2　同步辐射的特性6

1.2.1 电子束的形状及同步辐射强度的单位6

1.2.2　来自弯转磁铁（圆周运动产生）的辐射7

1.2.3 波荡器产生的辐射8

1.2.4 相干性10

1.2.5 光束线站处的同步辐射10

1.3　应用研究11

1.3.1 真空紫外、软X射线的应用研究12

1.3.2　硬X射线的应用研究13

1.3.3 红外线的应用研究15

1.4　同步辐射光源与其他光源的比较15

参考文献17

2　同步辐射产生的机理19

2.1　电子运动的相对论描述19

2.1.1 狭义相对论概要19

2.1.2 电磁场中电子的运动方程20

2.2　运动电子发出的电磁波20

2.2.1 李纳-维谢尔（Riénard-Weichert）势20

2.2.2 运动电子产生的电磁波23

2.3　圆周运动产生的辐射26

2.3.1　辐射的方向性26

2.3.2　辐射功率27

2.3.3　辐射强度的能量分布27

2.3.4　角度分布29

2.4　波荡器产生的辐射30

2.4.1 平面波荡器产生的辐射30

2.4.2 螺旋波荡器产生的辐射34

3　同步辐射光源36

3.1　整体结构36

3.2　电子束的轨道36

3.2.1　磁铁对电子束的作用37

3.2.2　磁场38

3.2.3　运动方程38

3.2.4　运动方程的解39

3.2.5　轨道的各种参数42

3.2.6　磁铁44

3.3　高频加速45

3.3.1 同步加速器振荡45

3.3.2　运动方程46

3.3.3　辐射衰减47

3.3.4 高频腔48

3.4　电子束的寿命及不稳定性49

3.4.1 真空49

3.4.2 图谢克（Touschek）效应52

3.4.3 不稳定性52

3.5　相干光的发生53

3.5.1　红外线相干辐射53

3.5.2 自由电子激光54

参考文献55

4　物质对光的响应57

4.1　物质与光的电磁学57

4.1.1 介电常数和光学常数57

4.1.2 菲涅尔（Fresmel）公式59

4.1.3 克拉默斯-克勒尼希（Kramers-Kr？nig）分析63

4.2　物质和光响应的微观经典论64

4.2.1 洛伦兹（Lorentz）模型65

4.2.2　德鲁德（Drude）模型68

4.2.3　原子散射因子、偏振因子70

4.3　光跃迁的量子论73

4.3.1　光跃迁的一般理论73

4.3.2 一阶过程74

4.3.3 二阶过程76

4.3.4　俄歇（Auger）过程和辐射过程78

参考文献80

5　分光与光谱技术81

5.1　物质对光的吸收81

5.2　聚焦镜82

5.2.1 单一物质的反射率82

5.2.2 多层膜83

5.2.3　成像的条件85

5.2.4　镜子材料、冷却和污染等问题86

5.3　单色器87

5.3.1　衍射光栅单色器87

5.3.2 晶体单色器92

5.4　滤波器95

5.5　起偏器96

5.6　探测器97

5.6.1　零维探测器97

5.6.2 一维探测器98

5.6.3　二维探测器98

5.7　时间分辨测定99

5.8　光束线100

参考文献101

6　气体的真空紫外、软X射线光谱103

6.1　原子光谱103

6.1.1 单电子跃迁谱103

6.1.2　双电子激发——自电离104

6.1.3 巨大共振105

6.2　分子光谱106

6.2.1 玻恩-奥本海默（Born-Oppenheimer）近似和内壳层光电子谱106

6.2.2　形状共振效应108

6.2.3　简并内壳层激发态的分裂和动量画像测量109

参考文献111

7　固体的真空紫外、软X射线光谱113

7.1　晶体的电子构造113

7.2　在晶体中的光跃迁过程114

7.3　光谱测量115

7.3.1 吸收、发光谱测量115

7.3.2 光电子能谱测量116

7.4　半导体、离子晶体121

7.5　金属125

7.5.1　贵金属及碱金属125

7.5.2 过渡金属127

7.5.3　稀土金属128

7.6　高温超导体131

7.7　有机材料135

7.7.1 有机材料的软X射线吸收谱135

7.7.　2有机材料的光电子谱136

7.8　金属介观体系的光电子谱140

7.9　固体表面142

7.9.1 固体表面的光电子谱142

7.9.2 固体表面的光电子衍射144

参考文献147

8　利用同步辐射的工艺研究151

8.1　表面光反应151

8.1.1 固体表面的光激发反应的基本过程151

8.1.2　用光激发清洁半导体表面152

8.1.3 利用光激励表面反应生长新材料和产生刻蚀153

8.2　微细加工156

参考文献158

9　X射线的结构解析160

9.1　晶体的弹性散射160

9.1.1　衍射强度160

9.1.2 德拜-沃勒（Debye-Waller）因子162

9.1.3 电子密度分布163

9.2　衍射实验法163

9.2.1　粉末晶体结构解析163

9.2.2　单晶结构解析166

9.2.3 同步辐射X射线衍射的优点167

9.3　高温超导体、有机导体及铁电体的结构解析170

9.3.1 高温超导体170

9.3.2　有机导体171

9.3.3　铁电体173

9.4　电荷、轨道有序体系——钙钛矿型Mn氧化物176

9.4.1 电荷分布规律的观测176

9.4.2 轨道分布规律的观测177

9.5　高压下的结构解析179

9.5.1 产生高压的方法179

9.5.2 压力标度180

9.5.3 高压X射线衍射实验180

9.6　蛋白质182

9.6.1　蛋白质及其结构182

9.6.2 蛋白质的X射线晶体结构解析概要183

9.6.3 蛋白质的X射线晶体结构解析研究185

9.6.4 时间分辨结构解析188

9.7　水面的单分子膜结构189

9.8　非周期体系191

9.8.1 非周期体系的X射线散射191

9.8.2　溶液中的氯化锌193

9.8.3 熔融贵金属卤化物的离子相关性194

参考文献195

10 扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）局域结构解析199

10.1 X射线吸收光谱与EXAFS199

10.2 EXAFS公式200

10.3　晶体的局域结构解析204

10.3.1 铁酸盐中金属元素的占据位置204

10.3.2 磁性半导体混晶的原子间距离207

10.3.3 卤素桥联混合原子价配位络合物中的金属-卤素间距离208

10.3.4 钙钛矿型质子传导体的局部应变209

10.4　非晶态物质的EXAFS与X射线衍射结构解析的比较210

10.5　金属蛋白质212

参考文献213

11 利用荧光X射线的元素分析和结构分析215

11.1 X射线荧光分析215

11.1.1 X射线荧光分析概要215

11.1.2 全反射X射线荧光分析216

11.1.3　微区的掠出射X射线荧光分析217

11.1.4 重元素的X射线荧光分析218

11.2　荧光X射线全息成像219

11.2.1 荧光X射线全息成像的原理219

11.2.2 掺杂物周围的局部结构221

参考文献222

12 X射线非弹性散射225

12.1 X射线非弹性散射的梗概225

12.2 X射线非弹性散射的散射截面227

12.3 X射线非弹性散射光谱228

12.3.1 苯的散射光谱中表现出来的转移动量相关性228

12.3.2 金属锂的康普顿（Compton）散射229

12.3.3 郝斯勒（Heusler）合金的康普顿磁散射230

12.3.4　水的X射线喇曼（Raman）散射230

参考文献231

13 红外光谱233

13.1　同步辐射红外线的特点233

13.2　红外光束线站234

13.2.1　前端区234

13.2.2　测量装置235

13.3　固体及吸附气体表面的红外光谱236

13.3.1 电子状态的研究236

13.3.2　碱金属卤化物晶格振动的压力效应239

13.3.3　半导体表面的原子、分子吸附240

参考文献243

14 成像245

14.1　成像和衬度245

14.2　成像光学系统的成像246

14.2.1 成像光学系统246

14.2.2　软X射线、硬X射线显微镜及其应用研究248

14.2.3　红外显微镜251

14.2.4 生理学研究对同步辐射显微镜的期待253

14.3 X射线形貌术255

14.3.1 X射线形貌术的原理256

14.3.2 X射线形貌像及其观测实例256

参考文献260

附录262

A．有关光成像的事项262

B．圆周运动产生的辐射光谱与光子的平均能量263

C．圆周运动产生的辐射角度分布266

D．波荡器产生的辐射光谱268

E．自由电子激光（FEL）271

F．在库仑场和自由空间中的波动方程的极坐标解274

G．法诺（Fano）效应275

H．玻恩-奥本海默近似，弗兰克-康登（Frank-Condon）因子277

I．van Hove奇异性279

J．磁光效应280

K．磁矩284

L．能量损失函数285

索引289