先简单记记，作为后续的基础

《Charged Particle Optics Theory: An Introduction》是由Timothy R. Groves 2015年撰写的一本理论著作，系统介绍了带电粒子光学的基本原理。书中从经典力学、相对论力学和量子力学的角度出发，详细探讨了带电粒子束的几何光学、波动光学及其在电磁场中的行为。作者基于物理学的基本原理，通过数学方法推导了一些重要的理念。

蒂莫西·格罗夫斯（Timothy Groves）是纽约州立大学奥尔巴尼分校（University at Albany, State University of New York）纳米科学领域帝国创新荣誉教授。他拥有斯坦福大学的物理学学士学位和芝加哥大学的物理学博士学位。在2007年加入纽约州立大学（SUNY）教职之前，他曾在惠普（HP）、国际商用机器公司（IBM）和徕卡（Leica）从事工业半导体研发工作。

章节内容

1. 带电粒子束的光学性质（Introduction: The Optical Nature of a Charged Particle Beam）

介绍了带电粒子束的行为与光学系统的相似性。电场和磁场对带电粒子的聚焦和偏转与光学系统中的透镜和反射镜的相似性。

展示了带电粒子束在扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）以及聚焦离子束（FIB）中的实际应用。

2. 几何光学（Geometrical Optics）

基于带电粒子在电磁场中的相对论经典力学，讨论了带电粒子的运动轨迹。通过拉格朗日方程和哈密顿方程，作者推导了粒子运动的轨迹方程，解释了粒子如何在透镜和磁场中聚焦和偏转。还讨论了保守力场中的能量守恒、拉格朗日不变量、刘维尔定理（Liouville's Theorem）、亮度守恒等内容。

2.4节 广义曲线轴（General Curvilinear Axis）

2.5节 轴对称（Axial sysmmetry）大致对应一般电子光学书中的主要内容。轨迹方程、旁轴近似、空间电荷效应、像差、色差等。

2.6节 随机库仑散射（Stochastic Coulomb Scattering）讨论了当粒子束密度较高时，粒子间的相互作用导致粒子束的发散和能量展宽（随机库仑散射）现象。重点介绍蒙特卡罗模拟（Monte Carlo Simulation），以及马尔可夫方法（Markov’s method）。。

3. 波动光学（Wave Optics）

从量子力学中对单个带电粒子有影响的部分的回顾开始，通过薛定谔方程描述了单个粒子在电磁场中的运动，并讨论了波包传播、电子衍射和干涉现象。还探讨了与几何光学的对应关系。

4. 粒子散射（Particle Scattering）

详细讨论了带电粒子与原子和核的弹性（elastic）和非弹性散射（inelastic scattering）。分别在经典近似和量子力学框架下对散射截面（Scattering cross section）进行推导。

5. 固体中的电子发射（Electron Emission from Solids）

固体中的电子发射是量子力学的应用。探讨了电子从固体表面发射的几种机制，包括热电子发射、场发射和空间电荷限制发射。