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绪论1

第一章 几何光学5

1.1 光线传播的基本规律5

1.1.1 光线传播的实验规律5

1.1.2 费马原理——光线传播的普遍规律9

1.2 成像的基本原理14

1.2.1 成像的基本概念14

1.2.2 单球面及共轴球面系统傍轴成像(逐次成像)15

1.2.3 薄透镜傍轴成像22

1.2.4 光焦度 高斯公式和牛顿公式 作图法24

1.2.5 共轴球面系统傍轴成像(基面成像)27

1.2.6 共轴球面系统傍轴成像的矩阵方法34

1.3 成像仪器41

1.3.1 眼睛41

1.3.2 放大镜和目镜43

1.3.3 显微镜46

1.3.4 望远镜47

1.4 光阑与像差49

1.4.1 光阑49

1.4.2 像差52

习题56

观察思考及讨论题60

第二章 波动光学通论64

2.1 波的概念与光的电磁理论基础64

2.1.1 波的基本概念64

2.1.2 光的电磁理论基础65

2.2 波的数学描述68

2.2.1 波的实数表示与时空周期性68

2.2.2 波的复数表示与复振幅74

2.3.1 波的叠加原理78

2.3 波的叠加78

2.2.3 波的矢量表示78

2.3.2 同频率简谐波叠加的一般分析及干涉概念79

2.3.3 两列同频率、同向振动的平面波的叠加80

2.3.4 两列同频率、同向振动、反向传播的平面波的叠加——光驻波84

2.3.5 两列同频率、振动方向互相垂直、同向传播的平面波的叠加——椭圆偏振光的形成及特征86

2.3.6 两列频率相近、同向振动、同向传播的平面波的叠加——光学拍90

2.4 光的偏振态92

2.4.1 完全偏振态——线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光92

2.4.2 非偏振光——自然光93

2.4.3 部分偏振及偏振度94

2.4.4 偏振片及其光强响应95

2.5 波的傅里叶分析及时空域中的反比关系98

2.5.1 波的博里叶分析98

2.5.2 波在空域和时域中的反比关系100

2.6 光在两种各向同性介质界面的反射与折射102

2.6.1 反射与折射时光的振幅比 菲涅耳公式103

2.6.2 反射与折射时光的能流比与光强比105

2.6.3 反射光与折射光的相位变化108

2.6.4 反射光与折射光的偏振态112

2.6.5 全反射与隐失波114

习题117

观察思考及讨论题122

第三章 光的干涉124

3.1 光的相干条件124

3.1.1 光的相干条件124

3.1.2 干涉条纹的衬比度127

3.1.3 相干光束的产生方法128

3.2 分波前干涉128

3.2.1 杨氏实验128

3.2.2 其他分波前装置133

3.3.1 光源空间展宽的影响 光场的空间相干性136

3.3 光场的相干性136

3.3.2 光源光谱展宽的影响 光场的时间相干性142

3.3.3 部分相干性理论基础146

3.4 分振幅干涉(一)：薄板的双光束干涉150

3.4.1 点光源的干涉及干涉条纹的定域概念150

3.4.2 等倾干涉151

3.4.3 等厚干涉155

3.4.4 薄膜干涉定域及光源临界宽度的进一步讨论162

3.4.5 迈克耳孙干涉仪164

3.5.1 平行平板多光束干涉的分析170

3.5 分振幅干涉(二)：平行平板的多光束干涉170

3.5.2 法布里-珀罗干涉仪175

3.5.3 光学薄膜简介179

习题181

观察思考及讨论题185

第四章 光的衍射188

4.1 衍射的基本原理及分类188

4.1.1 衍射现象概述188

4.1.2 惠更斯-菲涅耳原理及平面屏衍射理论189

4.1.3 衍射问题的近似处理及分类193

4.2 菲涅耳衍射196

4.2.1 菲涅耳衍射的分析方法196

4.2.2 圆孔、圆屏及某些环扇形孔径的衍射199

4.2.3 菲涅耳波带片205

4.3 夫琅禾费衍射(一)：连通孔径208

4.3.1 单缝衍射208

4.3.2 矩孔衍射214

4.3.3 圆孔衍射216

4.4 光学成像系统的分辨本领218

4.5 夫琅禾费衍射(二)：非连通孔径222

4.5.1 多缝衍射222

4.5.2 夫琅禾费衍射的一般性质及其他孔径的衍射227

4.6.1 光栅的主要性能229

4.6 光栅229

4.6.2 闪耀光栅、阶梯光栅及三维光栅232

4.6.3 棱镜光谱仪及其与光栅、法-珀干涉仪分光性能的比较236

4.7 相干光成像系统的频谱分析238

4.7.1 复振幅透过率及其空间频率谱的物理意义239

4.7.2 透镜的傅里叶变换作用240

4.7.3 阿贝成像理论及空间滤波241

4.8 全息照相的原理与特点245

习题248

观察思考及讨论题252

5.1.1 双折射现象 基本定义与规律254

第五章 光在晶体中的传播254

5.1 晶体双折射254

5.1.2 单轴晶体中的波面——惠更斯假设256

5.1.3 平面波在单轴晶体内的传播——惠更斯作图法258

5.1.4 单轴晶体双折射的进一步讨论260

5.2 晶体光学器件 偏振光的检验264

5.2.1 线偏振器264

5.2.2 相位延迟器——波晶片和补偿器267

5.2.3 圆偏振器270

5.2.4 光通过波晶片后偏振态的变化272

5.2.5 偏振光的检验274

5.3 偏振光的干涉275

5.3.1 平行偏振光的干涉275

5.3.2 人工双折射与偏振光的干涉279

5.3.3 会聚偏振光的干涉282

5.3.4 波动光学中相位规定的自洽性284

5.4 旋光287

5.4.1 旋光287

5.4.2 磁致旋光290

5.5 偏振态及其变换的矩阵描述292

习题297

观察思考及讨论题300

第六章 光的吸收 色散和散射302

6.1 光的吸收302

6.1.1 吸收定律与复折射率302

6.1.2 吸收与波长的关系304

6.2 光的色散306

6.2.1 色散概念及其规律306

6.2.2 吸收和色散的经典电子理论309

6.2.3 光的相速和群速311

6.3.1 瑞利散射 米氏散射及大粒子散射315

6.3 光的散射315

6.3.2 拉曼散射319

习题320

观察思考及讨论题321

第七章 光的量子性 激光323

7.1 黑体辐射323

7.1.1 两种不同形式的辐射323

7.1.2 基尔霍夫热辐射定律324

7.1.3 黑体辐射的实验规律326

7.1.4 黑体辐射的经典理论及其与实验的矛盾328

7.1.5 能量子假设与普朗克公式331

7.1.6 光测高温法333

7.2 光的粒子性及其实验基础334

7.2.1 光电效应334

7.2.2 康普顿效应337

7.2.3 光压341

7.3 光的波粒二象性341

7.3.1 光的粒子性341

7.3.2 光的波粒二象性及其概率解释342

7.4 激光344

7.4.1 产生激光的基本原理344

7.4.2 激光器的组成及工作过程348

7.4.3 激光的主要特点和应用354

7.5 非线性光学简介356

7.6 现代光学进展简介357

习题361

观察思考及讨论题362

附录Ⅰ 一些光学介质的折射率364

附录Ⅱ 典型谱线的波长与颜色364

附录Ⅲ 常用物理常数表365

部分习题答案366

汉英名词索引374