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目录1

第一章 电磁透镜中的场1

1.1 Maxwell方程组1

1.2 轴对称静电场3

1.3 轴对称静磁场5

1.4 磁多极场6

1.4.1 曲线坐标系中静磁标势的Laplace方程6

1.4.2 静磁场的幂级数展开7

1.4.3 静磁场的二级近似8

1.4.4 纯多极场分量10

1.5.1 等径双圆筒电极的电势分布12

1.5 解析法求解静电场12

1.5.2 等径三圆筒电极的电势分布14

1.5.3 圆孔膜片电极的电势分布16

1.5.4 多膜片电极系统的电势分布21

1.6 强流束的空间电荷场22

1.6.1 连续柬流的空间电荷场22

1.6.2 椭球束的空间电荷场30

参考文献33

第二章 粒子在电磁场中的运动34

2.1 能量守恒定律34

2.2 直角坐标系中的运动方程35

2.3 圆柱坐标系中的运动方程38

2.3.1 轴对称电磁场中的轨迹方程38

2.3.2 轴对称静电场中的轨迹方程39

2.3.3 轴对称静磁场中的轨迹方程40

2.4 粒子在具有中央对称平面的磁场中的运动40

2.5 Lagrange与Hamilton动力学方程44

2.5.1 Hamilton原理与Lagrange方程44

2.5.2 带电粒子在电磁场中运动的广义势与Lagrange函数45

2.5.3 Hamilton正则方程47

2.5.4 以坐标为独立变量的Hamilton方程48

参考文献50

第三章 束流相空间基础52

3.1 相空间52

3.2 Liouville定理及其推论53

3.3 六维相空间55

3.4 束流的发射度与亮度57

3.4.1 发射度57

3.4.2 亮度59

3.4.3 接受相图61

3.4.4 束流匹配62

参考文献63

第四章 束流传输理论64

4.1 透镜的聚焦特性64

4.1.1 简单光学元件的矩阵表示64

4.1.2 透镜的光学特性65

4.1.3 透镜的成像特性69

4.2 束流相椭圆70

4.3 自由漂浮空间中的束包络71

4.4 Liouville不变量73

4.5 腰-腰传输74

4.6 束流σ矩阵77

4.7 柬腰与最小束斑的关系81

4.8 束流传输特性85

4.8.1 成腰与P-F问题之间的关系85

4.8.2 成腰与F-F问题之间的关系87

4.8.3 再论腰-腰传输88

4.9 束流包络线方程89

4.10 六维相椭球91

参考文献92

5.1 静电透镜的类型94

第五章 轴对称静电透镜94

5.2 静电透镜的成像95

5.2.1 傍轴轨迹成像的性质95

5.2.2 Lagrange-Helmholtz关系98

5.2.3 静电透镜的基点参数99

5.3 静电透镜传输矩阵的计算102

5.3.1 计算方法Ⅰ——薄透镜近似法102

5.3.2 计算方法Ⅱ——特殊轨迹法105

5.3.3 计算方法Ⅲ——折线近似法105

5.4 静电加速管光学108

5.4.1 横向传输矩阵108

5.4.2 接受相图111

5.4.3 纵向传输矩阵112

5.5 静电透镜的纵向传输矩阵114

5.6 静电透镜中的束流包络线方程114

参考文献115

第六章 轴对称磁透镜117

6.1 轴对称磁场中的傍轴轨迹方程117

6.2 螺线管透镜120

6.3 短磁透镜122

第七章 束流的偏转与分析126

7.1 二极磁铁126

7.1.1 传输矩阵126

7.1.2 动量弥散效应127

7.1.3 边缘场聚焦130

7.1.4 均匀场偏转磁铁133

7.1.5 开关磁铁142

7.1.6 磁分析器145

7.1.7 延伸边缘场效应149

7.1.8 消色差及其应用157

7.1.9 均匀场磁铁的纵向传输矩阵162

7.2 静电分析器164

7.3 正交电磁场分析器169

参考文献171

第八章 四极透镜173

8.1 单个四极透镜173

8.1.1 磁四极透镜中的场与力173

8.1.2 传输矩阵174

8.1.3 光学特性176

8.1.4 薄透镜近似及等效表示177

8.2 四极透镜对178

8.2.1 一般性质178

8.2.2 反对称四极透镜对179

8.2.3 薄透镜近似180

8.2.4 四极透镜对的实际应用181

8.3 三单元四极透镜185

8.4 四极透镜的接受相图187

8.4.1 聚焦平面187

8.4.2 散焦平面188

8.5 静电四极透镜188

8.6.1 磁路计算191

8.6 四极透镜的设计191

8.6.2 极面形状的选择192

8.6.3 四极透镜的等效长度192

参考文献193

第九章 周期性聚焦系统194

9.1 周期性结构194

9.2 Hill方程194

9.3 本征值197

9.4 束流向量198

9.5 周期性结构中的束流传输——π变换200

9.6 稳定区域201

附录 周期性结构传输矩阵的推导204

参考文献206

第十章 多极场透镜的像差207

10.1 轨迹的描述与Taylor展开系数207

10.2 曲线坐标系到直角坐标系的转换211

10.3 多极场的一级和二级矩阵公式215

10.3.1 二级传输矩阵215

10.3.2 纯二极场的矩阵元（均匀场）217

10.3.3 纯四极场的矩阵元218

10.3.4 纯六极场的矩阵元219

10.4 曲线、斜入射磁场边界的传输矩阵——二级近似220

10.5 纵向二级像差223

10.5.1 纵向分离长度223

10.5.2 自由漂浮空间的纵向像差225

10.5.3 均匀场二极磁铁的纵向像差226

10.5.4 纯四极场的纵向像差228

10.5.5 边缘场的纵向像差229

10.6 二级像差的修正230

10.6.1 多极场强度231

10.6.2 像差修正233

10.6.3 引入多极场的途径233

10.7 高分辨率谱仪的设计236

10.7.1 像平面的倾角236

10.7.2 谱议设计实例238

参考文献240

11.1 扫描切割器242

11.1.1 切割器的工作原理242

第十一章 连续束流的切割与聚束242

11.1.2 切割器的脉冲宽度与柬流利用率245

11.1.3 扫描切割对横向束流品质的影响247

11.2 聚束器248

11.2.1 一维聚束理论——单能粒子的聚束248

11.2.2 二维相空间聚束理论255

11.2.3 谐波聚束器262

11.2.4 散束器（Debuncher）267

参考文献268

第十二章 强流束光学269

12.1 强流束下光学元件的传输矩阵269

12.1.1 轴对称静电场中的强流束269

12.1.2 四极透镜中的强流束273

12.1.3 偏转磁铁中的强流束276

12.2 利用差分矩阵计算束流传输的逼近方法283

12.2.1 束包络迭代逐点近似法283

12.2.2 流强逐次逼近法284

12.3 粒子在相空间中的分布285

12.3.1 均方根值与相椭球285

12.3.2 粒子的分布类型290

12.4 强流束包络线方程296

12.4.1 K-V包络线方程296

12.4.2 均方根包络线方程与均方根发射度297

12.4.3 轴对称静电透镜中的包络线方程299

参考文献300

13.1.1 空间电荷流的一般性质301

第十三章 束流引出光学301

13.1 带电粒子束产生的3/2次方定律301

13.1.2 平面二极管公式303

13.1.3 柱面二极管公式305

13.1.4 同心球面二极管公式308

13.2 带电粒子束引出系统311

13.2.1 Pierce电极系统的基本原理312

13.2.2 带形柬的Pierce电极系统312

13.2.3 柱形束的Pierce电极系统315

13.2.4 吸极孔处的束发散316

13.3 空间电荷所引起的束发散318

13.3.1 轴对称束的发散318

13.3.2 带形束的发散320

参考文献322

第十四章 束流光学系统的最优化设计323

14.1 最优化方法的基本概念323

14.2 一维寻优问题325

14.2.1 区间消去法325

14.2.2 函数逼近法330

14.3 多维寻优方法333

14.3.1 使用导数的寻优方法333

14.3.2 直接寻优方法342

参考文献348

第十五章 TRANSPORT程序简介349

参考文献349