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谢文楷 著

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• 电磁场理论
• 射频技术
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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030231864

商品编码：1202757688

包装：平装

出版时间：2009-02-01

基本信息

书名:带电粒子束的理论与设计

原价：60.00元

作者：谢文楷

出版社：科学出版社

出版日期：2009-02-01

ISBN：9787030231864

字数：381000

页码：302

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.481kg

编辑推荐

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本书系统而深入地阐述了带电粒子束的产生、成形和传输理论，较深入地叙述了等离子体中的带电粒子束的重要物理与技术问题，并给出了带电粒子束器件和系统的理论设计方法。本书可作为从事电子科学与技术、物理学等学科领域，尤其是物理电子学、等离子体物理及加速器物理等相关专业的研究人员和工程技术人员的参考书，也可供以上专业研究生选用。

内容提要

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本书以新的视角阐释和总结了带电粒子束的基本理论，包括带电粒子动力学基础、带电粒子光学、空间电荷流线性束理论、带电粒子束的自洽理论、等离子体中的带电粒子束、强流电子枪、高功率脉冲电子和离子二极管等；较系统地阐述了带电粒子束的产生、成形和传输的基本理论；较深入地叙述了等离子体中的带电粒子束的物理和技术问题；同时给出典型带电粒子束器件和系统的理论设计方法。本书选材精炼、数据可靠、数学推导简明，物理阐述翔实，反映了带电粒子束物理的新进展和学术成果。
本书可作为从事电子科学与技术、物理学等学科领域，尤其是物理电子学、等离子体物理及加速器物理等相关专业的科研人员和工程技术人员的参考书，也可供以上专业的研究生使用。

目录

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前言
第1章 绪论
1.1 研究对象与主要内容
1.2 历史的发展与应用
1.3 带电粒子束源
1.4 高功率强流电子束的发射过程
1.5 束的发射度和亮度
第2章 带电粒子动力学基础
2.1 洛伦兹力和运动方程
2.2 洛伦兹力和运动方程的相对论形式
2.3 拉格朗日方程
2.3.1 哈密顿原理和拉格朗日方程
2.3.2 广义位和带电粒子在电磁场中运动的拉格朗日方程
2.4 哈密顿正则方程
2.4.1 广义动量与哈密顿正则方程
2.4.2 带电粒子的哈密顿量及某些守恒公式
2.5 欧拉轨迹方程
2.5.1 最小作用量原理和欧拉方程
2.5.2 在轴对称场中相对论欧拉方程
2.6 刘维尔(Liouville)定理
第3章 带电粒子光学
3.1 轴对称电场和磁场的级数表达
3.2 旁轴射线方程的推导
3.3 旁轴射线方程的解的一般特性
3.4 轴对称场作为透镜
3.4.1 透镜转移矩阵的普遍性质
3.4.2 像的形成和放大
3.5 静电透镜
3.6 螺线管磁透镜
3.7 透镜对迹空间椭圆和束包络的影响
第4章 空间电荷流线性束理论
4.1 考虑空间电荷的束的理论模型
4.2 漂移空间的轴对称束
4.2.1 具有均匀密度分布的层流束
4.2.2 漂移空间圆形束的发散
4.2.3 具有自身场和有限发射度的束的包络方程
4.2.4 均匀束模型的限制和极限电流
4.3 虚阴极形成与极限电流
4.4 具有外加场和自身场的轴对称束
4.4.1 具有自身场的旁轴射线方程
4.4.2 在均匀聚焦通道中的束传输
4.5 均匀磁场聚焦
4.5.1 轴对称电子束布里渊聚焦
4.5.2 屏蔽式聚焦电子束的外径波动
4.5.3 轴对称电子束非理想布里渊场过渡区中的聚焦
4.5.4 轴对称电子束部分屏蔽式聚焦
4.6 周期磁场聚焦
4.6.1 屏蔽式轴对称电子束周期磁场聚焦
4.6.2 部分屏蔽式轴对称电子束周期磁场聚焦
4.6.3 周期磁场聚焦电子束的大脉动数值计算
4.6.4 周期磁场聚焦电子束的稳定性
第5章 带电粒子束的自洽理论
5.1 引言
5.2 在无限强磁场中的圆柱束
5.3 非相对论层流束平衡
5.4 相对论层流束平衡
5.5 在均匀磁场中失配层流束的分析
5.6 具有动量离散的束的伏拉索夫模型
5.7 卡普钦斯基-弗拉基米尔斯基分布
5.8 麦克斯韦-玻尔兹曼分布
5.8.1 粒子和德拜鞘层之间的库仑碰撞
5.8.2 福克-普朗克方程
5.8.3 相对论粒子束的麦克斯韦-玻尔兹曼分布
第6章 等离子体中的带电粒子束
6.1 引言
6.2 等离子体介电张量
6.3 磁化等离子体中的电磁波
6.4 考虑电荷中和的轴对称束
6.5 电荷中和束的自聚焦
6.6 电子和离子束在几种气体中的电离截面
6.7 脉冲束电荷中和
6.7.1 电荷中和的线性束模型
6.7.2 强相对论电子束的电荷中和效应
6.8 等离子体透镜
6.9 等离子体对电子束的聚焦特性
6.9.1 均匀条件下电子束在等离子体中的传输
6.9.2 非均匀条件下磁自聚焦电子束的传输
6.10 离子通道的暂态特性
6.11 等离子体阴极电子枪
6.11.1 电子枪设计
6.11.2 电子枪实验
6.12 虚阴极振荡器
6.12.1 波导和谐振腔中空间电荷极限电流
6.12.2 虚阴极时间相关行为的单荷电层分析
6.12.3 虚阴极高功率微波发生器的粒子模拟
6.13 电子束-等离子体电磁波互作用
6.13.1 等离子体通道中电子束的空间电荷波
6.13.2 等离子体加载波纹波导束一波互作用的线性理论
6.13.3 等离子体加载波纹波导束波互作用的非线性分析
第7章 强流电子枪
7.1 前言
7.2 二极管中空间电荷流的流体力学模型
7.3 平行直线电子注的成形
7.4 锥形电子注的成形
7.5 低导流系数电子枪参量计算
7.6 电子热初速
7.6.1 横向热初速引起电子轨迹的偏离
7.6.2 横向热初速引起注截面上电流密度分布的不均匀
7.6.3 考虑热初速效应的低导枪设计曲线
7.7 高导强流电子枪设计
7.7.1 聚束极形状的修正和等效阳极曲率半径
7.7.2 高导电子枪(米勒枪)设计曲线
7.8 平面曲线电子注的成形
7.9 空间曲线电子注的成形
7.10 正交场中的空间电荷层流
第8章 高功率脉冲电子和离子二极管
8.1 引言
8.2 相对论查尔德-朗缪尔定律
8.3 电子在正交电磁场中的运动
8.4 箍缩电子束二极管
8.5 强外加磁场的电子束二极管
8.6 高功率传输线的磁隔离
8.7 等离子体尾融
8.8 反射三极管
8.9 低阻抗反射三极管
8.10 磁隔离离子二极管
参考文献
A.主要参考著作
B.主要参考期刊
C.作者发表的与本书内容有关的部分论文

作者介绍

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文摘

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序言

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现代光学与信息技术前沿探索：光场调控与成像新范式 图书简介 本书系统深入地探讨了光场调控、先进光学成像技术以及信息处理在光子学领域中的交叉应用。聚焦于如何通过精密的结构设计与动态控制实现对光波场的全方位塑造，并在此基础上发展出超越传统衍射极限的高性能成像与传感方法。全书内容涵盖了从基础的光波物理原理到前沿的实验技术与工程应用，旨在为光电子学、微纳光学、生物医学成像和信息显示等领域的科研人员、工程师及高年级本科生、研究生提供一份全面且富有洞察力的参考资料。 第一部分：光场调控的物理基础与实现技术 本部分首先回顾了经典电磁波理论在光波段的应用，重点阐述了光的偏振态、相位分布与振幅特性如何共同决定一个光场的空间结构。在此基础上，本书详细剖析了超表面（Metasurface）作为新一代光场调控核心技术的物理机制。 1.1 几何相位与电磁响应：深入分析了基于几何相位（Pancharatnam-Berry相位）的光偏振态转换原理，包括亚波长结构单元的各向异性设计如何实现对入射光波前的精确梯度控制。讨论了反射型和透射型超表面在不同波段（可见光、近红外）的设计优化策略，特别关注了如何通过调控单元的几何参数（如长宽比、倾斜角）来精确调控局部电磁场响应。 1.2 动态可重构光场：超越静态结构，本书详述了实现实时光场调控的关键技术。这包括电光效应（Pockels效应、Kerr效应）在快速相位调制中的应用，以及基于液晶（LC）和聚合分散液晶（PDLC）器件实现的大尺寸、低功耗光束偏转和聚焦。此外，对光热、光机械效应驱动的结构变化及其在光场重构中的潜力进行了展望。 1.3 拓扑光学与奇异光束：探讨了在光场中引入拓扑概念，如光涡旋（Vortex Beams）和亥姆霍兹束（Helmholtz Beams）。详细介绍了如何利用螺旋相位板、空间光调制器（SLM）以及特殊的周期性结构来生成具有特定轨道角动量（OAM）的光束，并阐述了这些奇异光束在提高信息传输容量和实现高分辨率聚焦中的独特优势。 第二部分：先进光学成像与传感范式 基于第一部分建立的光场调控基础，本部分的核心在于如何利用精确控制的光场来突破传统光学成像的限制，实现更清晰、更快速、更具信息量的测量。 2.1 衍射极限的超越：超分辨成像：系统回顾了克服阿贝衍射极限的几种主流方法。重点介绍了受激发射损耗（STED）和光结构化照明（SIM）的理论基础与实验实现。在SIM部分，详细推导了利用已知图案进行傅里叶域采样重建高频信息的过程，并讨论了如何优化照明图案的选择以最大化信息增益。此外，对基于近场增强的表面等离子激元共振（SPR）增强成像技术也进行了专题论述。 2.2 计算成像与深度感知：计算成像作为信息科学与光学结合的前沿领域，是本书的另一重点。详细阐述了单像素相机（Single-Pixel Camera）的工作原理，其中光场被编码到一系列空间调制图案上，通过测量总能量而非空间分布来实现成像。本书深入分析了傅里叶域采样在计算重构中的作用，以及压缩感知（Compressed Sensing）理论在加速数据采集中的关键地位。 2.3 量子噪声限制下的成像：本节涉及对极限性能的探索。介绍了基于量子光学的成像方法，如鬼成像（Ghost Imaging）和压缩测量量子成像。重点分析了量子纠缠光子对（Entangled Photon Pairs）在实现高灵敏度成像和低光照条件下的优势，并对比了经典关联成像与量子关联成像在信噪比上的差异。 第三部分：光信息处理与器件集成 本部分将焦点从单纯的光场形成转移到如何高效地处理和传输光信号，并将其集成到实用化的系统中。 3.1 基于光子集成电路的光信息处理：探讨了在硅基或铌酸锂基平台上集成波导、调制器和解调器以实现高速光信号处理的技术。重点介绍了光子芯片上 Mach-Zehnder 调制器（MZM）的优化设计，以提高调制带宽和降低插入损耗。讨论了集成滤波器阵列在频谱分析中的应用。 3.2 空间光调制器的精确控制与应用：SLM作为一种可编程的光学元件，是实现动态光场调控和计算成像的核心工具。本书详细讲解了液晶像素的灰度值如何精确映射到所需的相位延迟上，并提供了用于实现相位补偿、光束整形和全息重建的数学算法和驱动电路的实际案例。 3.3 新型光电探测器与系统集成：介绍了用于高动态范围和高时间分辨率测量的先进光电探测器，包括雪崩光电二极管（APD）和行波探测器（Traveling-Wave Detectors）。最后，本部分通过一个完整的系统案例——例如，一个基于空间光调制器的自适应光学系统——来展示如何将光场调控、计算算法和高速电子学有效地集成，以应对复杂的实际环境挑战。 本书力求在理论深度和工程实践之间搭建坚实的桥梁，为读者提供一个理解和掌握下一代光子技术所需的全景知识框架。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计着实下了一番功夫，封面那深邃的墨绿色底，配上古朴的金色字体，透着一股沉稳又专业的学究气。我初次拿到手时，就被那种厚重感所吸引，翻开扉页，纸张的质感也相当不错，不是那种廉价的亮白，而是略带米黄的亚光纸，长时间阅读下来眼睛也不易疲劳。不过，我个人对排版布局稍有微词，部分章节的图表和文字之间的留白处理得略显拥挤，尤其是在涉及到复杂的数学公式推导时，如果能再增加一些行间距或者调整页边距，视觉上的阅读体验可能会更加舒畅。我期待这本书能在内容深度上给我带来惊喜，毕竟从外表来看，它绝对算得上是理工科领域中一本可以长久保存的典藏之作，无论是放在书架上还是日常翻阅，都能给人一种严谨治学的氛围。至于核心内容，我还需要时间深入研读，但仅从这份对细节的打磨来看，编著者对待学术的态度是值得肯定的，这通常预示着内文的可靠性较高。

评分☆☆☆☆☆

我对这种偏向基础理论构建的专著一向抱有极高的期待，因为它往往是通往更深层次理解的桥梁。这本书的章节划分逻辑性很强，从宏观的物理背景介绍到具体的数学模型建立，过渡得非常自然流畅，没有那种为了凑字数而堆砌概念的现象。特别是它引入了一些我此前在其他教材中未曾见过的分析方法，这对我拓展思路非常有启发性。我花了整整一个周末的时间沉浸在其中几章的推导过程里，那些复杂的偏微分方程和边界条件的设定，作者的解释清晰明了，如同手把手带着读者走过迷宫。然而，我也注意到，在某些涉及实验验证或实际工程应用的案例描述上，深度略显不足。如果能在理论阐述完毕后，附带几个基于真实世界参数的仿真结果或简要的案例分析，那就更完美了，这样可以将抽象的理论更好地落地，让读者切实体会到这些数学工具的实际威力。

评分☆☆☆☆☆

我喜欢这本书的结构中对历史脉络的梳理，它不仅仅是罗列公式和方法，更重要的是勾勒出了该理论体系从萌芽到成熟的演变过程。这种叙事手法让学习过程不再枯燥，读者可以清晰地看到前人在探索过程中遇到的瓶颈以及突破口，理解现有的理论框架是如何一步步建立起来的，这对于培养科研创新思维至关重要。作者在引言和过渡章节中对此着墨不少，展现了深厚的学术素养和广博的知识面。但我想说的是，在最新进展的收录上，略显保守。当前学科发展日新月异，如果能加入对最近五到十年内新兴研究方向的探讨和引用，哪怕只是作为展望性的简述，这本书的参考价值和前瞻性都会大幅提升，使其不至于仅仅停留在经典理论的梳理层面。

评分☆☆☆☆☆

说实话，拿到这本书的时候，我主要是冲着作者在这个细分领域内深厚的学术声誉去的。阅读体验上，这本书的行文风格非常学术化，用词精准，几乎没有模棱两可的描述，这对于追求精确性的科研人员来说，无疑是一种福音。它不像某些流行科普读物那样试图用过于通俗的语言稀释专业概念，而是直面挑战，要求读者具备一定的预备知识。这种“硬核”的态度我很欣赏。不过，对于初次接触这个领域的读者来说，入门门槛可能偏高。我感觉某些基础概念的背景铺垫略显仓促，可能需要读者频繁地查阅前置参考书目才能跟上节奏。如果能在附录中增加一个简明的“预备知识回顾”章节，或者对那些关键的物理常数和基本原理做更详尽的说明，相信会大大提高其作为教材的适用范围和友好度。

评分☆☆☆☆☆

这本书的译文质量是让我非常惊喜的一个方面。我通常对技术类书籍的翻译持谨慎态度，因为很多时候译者为了追求字面上的对应，反而损害了原著的流畅性和科学的严谨性。但这本书的译者显然对专业术语的把握非常到位，行文如行云流水，几乎让人感觉不到这是被翻译过来的作品。尤其是在处理那些长难句和复杂的从句结构时，译者功力深厚，使得那些原本晦涩难懂的物理描述变得清晰易读。这种高质量的语言呈现，极大地降低了信息接收的损耗。当然，如果能在关键术语旁标注原文或者提供一个中英对照的术语表，那在与国际文献比对研究时会更加方便快捷，毕竟在学术交流中，术语的精准性是至关重要的。