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第1章 同步辐射光电子能谱概论1

1.1 量子力学的基本概念2

1.1.1 微观粒子的波粒二象性4

1.1.2 波函数4

1.1.3 薛定谔方程5

1.1.4 氢原子能级和波函数8

1.1.5 定态微扰论10

1.1.6 含时微扰与量子跃迁12

1.2 固体能带论基础知识14

1.2.1 布洛赫定理15

1.2.2 倒格子和波矢15

1.2.3 能带和能隙17

1.2.4 布里渊区21

1.2.5 能态密度和费米面23

1.3 光电发射的物理过程25

1.3.1 光电激发的三步模型26

1.3.2 光电离截面和电子逃逸深度27

1.3.3 光电子能量分布曲线30

1.3.4 光电发射中的守恒量32

1.3.5 光电发射中的偏振选择定则34

1.4 光电子能谱基础35

1.4.1 光电子能谱的基本原理35

1.4.2 光电子能谱的实验装置38

1.5 同步辐射光电子能谱技术43

1.5.1 同步辐射价带光电子谱43

1.5.2 同步辐射芯能级光电子谱53

1.5.3 同步辐射光电子谱的工作模式65

第2章 软X射线显微术和同步辐射光刻简介71

2.1 软X射线显微术的基本概念71

2.1.1 引言71

2.1.2 显微术与生物结构研究72

2.1.3 软X射线显微术中光与物质的相互作用75

2.2 软X射线光学的基础知识78

2.2.1 软X射线的折射78

2.2.2 软X射线的反射79

2.2.3 软X射线多层膜反射镜80

2.2.4 软X射线的衍射和波带片81

2.3 软X射线接触显微术84

2.3.1 基本装置和原理84

2.3.2 接触显微术的软X射线源85

2.3.3 生物样品显微图像的探测86

2.3.4 软X射线接触显微成像实验方法87

2.3.5 接触显微成像的应用87

2.3.6 接触显微成像的分辨率88

2.4 软X射线成像显微镜89

2.4.1 普通透射式软X射线成像显微镜89

2.4.2 相衬软X射线显微镜90

2.4.3 透射式扫描软X射线显微成像91

2.4.4 软X射线成像显微镜的应用92

2.5 软X射线全息显微成像技术简介94

2.5.1 全息术基本概念94

2.5.2 软X射线全息显微成像技术101

2.5.3 软X射线全息显微成像技术的应用106

2.6 同步辐射X射线光刻技术108

2.6.1 光刻技术简介108

2.6.2 X射线光刻的基本原理109

2.6.3 同步辐射X射线光刻的关键技术111

2.7 同步辐射中的LIGA技术114

2.7.1 MEMS和LIGA技术简介114

2.7.2 LIGA技术的基本原理和工艺116

2.7.3 LIGA技术的应用119

第3章 同步辐射真空紫外和红外光谱基础121

3.1 固体的光学性质122

3.1.1 波动方程和光学常数122

3.1.2 复介电常数与光吸收124

3.1.3 克拉末-克朗尼格（Kramers-Kronig）关系126

3.1.4 吸收系数和吸收光谱126

3.1.5 反射系数和反射谱128

3.1.6 发射谱和激发谱129

3.2 固体光谱基础129

3.2.1 带间跃迁的吸收和发射光谱129

3.2.2 激子光谱136

3.2.3 杂质和缺陷态光谱142

3.2.4 稀土和过渡金属离子光谱146

3.3 同步辐射真空紫外光谱技术和应用154

3.3.1 同步辐射真空紫外光谱实验技术和装置154

3.3.2 稀有气固体激子光谱156

3.3.3 BaF2晶体的价带—芯带跃迁158

3.3.4 稀土光谱中的量子剪裁160

3.4 同步辐射红外光谱简介163

3.4.1 晶格振动的基本概念163

3.4.2 晶格振动与红外吸收170

3.4.3 自由载流子的红外吸收与等离激元174

3.4.4 同步辐射红外光谱技术178

第4章 同步辐射X射线衍射基本原理和应用183

4.1 晶体结构的对称性184

4.1.1 晶体的周期性结构和性质184

4.1.2 点阵185

4.1.3 晶体结构的对称元素和晶系186

4.1.4 晶胞188

4.1.5 晶体学点群和空间群192

4.2 X射线衍射的运动学理论200

4.2.1 Laue方程200

4.2.2 Bragg方程201

4.2.3 倒易矢量202

4.2.4 晶体衍射方向和倒易矢量205

4.2.5 收集单晶体衍射数据方法简介205

4.2.6 衍射强度和结构因子206

4.3 同步辐射X射线衍射应用215

4.3.1 同步辐射X射线在生物大分子晶体学中的应用215

4.3.2 同步辐射X射线高分辨粉末衍射232

4.3.3 同步辐射X射线高分辨单晶衍射238

4.3.4 反常散射在材料科学、小分子晶体结构测定中的应用239

第5章 X射线散射基础242

5.1 不完整晶体的漫反射242

5.1.1 不完整晶体X射线衍射强度的普遍公式242

5.1.2 平均点阵的Bragg反射244

5.1.3 偏离平均点阵引起的漫散射244

5.1.4 不完整晶体的漫散衍射图像246

5.1.5 位移无序和置换无序246

5.2 非晶态物质结构的X射线分析252

5.2.1 普适X射线散射方程252

5.2.2 非晶态物质径向分布函数（RDF）253

5.2.3 偏分布函数的测定257

5.3 薄膜、多层膜的X射线反射和散射257

5.3.1 X射线在界面中的折射与反射257

5.3.2 折射率259

5.3.3 包括吸收系数的折射率261

5.3.4 在X射线区域的Snell公式及Fresnel方程261

5.3.5 均匀薄层（薄膜）的X射线反射266

5.3.6 多层膜的镜面反射（Specular Reflectivity）268

5.3.7 有限梯度界面的反射率270

5.3.8 计算具有粗糙度界面及表面的反射率的一般理论271

第6章 X射线吸收精细结构谱277

6.1 X射线吸收谱277

6.1.1 X射线的吸收系数277

6.1.2 激发原子的去激发279

6.1.3 电子光谱的选择定则280

6.1.4 元素的特征线及吸收边283

6.1.5 孤立原子的X射线吸收系数的量子力学计算（简单模型）283

6.1.6 X射线多极自发发射（吸收）的量子理论289

6.2 X射线吸收精细结构292

6.2.1 产生XAFS的物理机理293

6.2.2 X射线吸收的测量方法296

6.2.3 XAFS的实验站和实验技术300

6.3 EXAFS实验方法302

6.3.1 EXAFS产生的物理机理302

6.3.2 归一化的EXAFS函数303

6.3.3 EXAFS函数的基本理论公式303

6.3.4 EXAFS的数据处理307

6.4 XAFS的应用314

6.4.1 引言314

6.4.2 半导体纳米微晶体CdTe的EXAFS研究314

6.5 XAFS实验技术的发展319

附录1 X射线散射的量子理论327

附录2 Gauss统计和Gauss积分332

附录3 傅里叶变换334

附录4 狄拉克（Dirac）函数336