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目录1

绪论1

0.1 光学是一门重要而有用的科学与技术1

0.2 光学一直在发展中并会有更大的发展2

0.3 工程光学是着重于应用的科学与技术5

0.4 工程光学的学习与课程安排6

第1章 光波的基本特性8

1.1 光的波动理论8

1.1.1 光波与电磁波8

1.1.2 平面波，球面波，柱面波10

1.1.3 谐波12

1.1.4 高斯光束15

1.2 平面光波在各向同性介质分界面上的反射和折射17

1.2.1 反射定律和折射定律17

1.2.2 菲涅耳公式19

1.2.3 反射率和透射率21

1.2.4 反射和折射时的偏振25

1.2.5 反射和折射时的相位26

1.2.6 全反射27

1.3 光波在金属表面上的反射和折射30

习题33

第2章 光的成像技术35

2.1 几何光学原理35

2.1.1 实验三定律35

2.1.2 全反射37

2.1.3 费马原理38

2.2 光学成像41

2.2.1 基本概念与符号规则41

2.2.2 单一球面成像42

2.2.3 薄透镜成像45

2.2.4 组合透镜成像51

2.2.5 光阑55

2.3.1 光线的光路计算59

2.3 光学设计基础59

2.3.2 像差理论66

2.4 光学材料71

2.4.1 光学玻璃71

2.4.2 光学晶体78

2.4.3 光学塑料81

2.5 光度学基础84

2.5.1 光度学量及其单位84

2.5.2 光传播过程中光学量的变化规律88

2.5.3 成像系统像面的照度92

习题96

第3章 光学像的记录和显示技术100

3.1 眼睛和助视仪器100

3.1.1 眼睛及其光学系统100

3.1.2 放大镜和显微镜107

3.1.3 望远镜的工作原理110

3.2.1 感光底片114

3.2 光学成像器件114

3.2.2 电荷耦合器件116

3.2.3 互补金属氧化物半导体123

3.3 光学摄像系统127

3.3.1 摄影物镜的光学特性128

3.3.2 摄影物镜的基本类型131

3.3.3 取景系统和调焦系统132

3.3.4 电视摄像系统136

3.4 光学显示系统139

3.4.1 光学投影系统139

3.4.2 光电显示系统145

习题153

第4章 光的干涉技术156

4.1 产生光波干涉的条件156

4.1.1 光波产生干涉现象的分析157

4.1.2 产生光波干涉的必要条件158

4.1.3 产生光波干涉的补充条件159

4.2.1 双缝分波面双光束干涉160

4.2 分波面双光束干涉160

4.2.2 分波面双光束干涉的其他实验装置163

4.2.3 干涉条纹清晰程度的影响因素165

4.3 分振幅双光束干涉170

4.3.1 平板分振幅干涉170

4.3.2 等倾干涉171

4.3.3 等厚干涉175

4.4 双光束干涉仪181

4.4.1 迈克尔逊干涉仪182

4.4.2 斐索干涉仪186

4.4.3 马赫-曾德尔干涉仪188

4.4.4 赛格纳克干涉仪188

4.5 多光束干涉192

4.5.1 多束光干涉的光强分布192

4.5.2 多光束干涉仪198

4.5.3 多光束干涉的应用202

4.6 薄膜光学简介204

4.6.1 单层光学膜205

4.6.2 多层光学膜208

4.6.3 光学薄膜的制备及其应用213

习题216

第5章 光的衍射技术220

5.1 衍射的基本理论220

5.1.1 惠更斯-菲涅耳原理220

5.1.2 夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射224

5.2 夫琅禾费单缝衍射226

5.2.1 衍射光强的计算226

5.2.2 对衍射光强分布公式的分析228

5.3 夫琅禾费圆孔衍射229

5.4 巴比涅原理233

5.5 夫琅禾费多缝衍射234

5.5.1 双缝的干涉和衍射234

5.5.2 多缝的干涉和衍射237

5.6.1 圆孔衍射和圆屏衍射241

5.6 菲涅耳衍射241

5.6.2 直边衍射244

5.6.3 波带片245

5.7 衍射光栅248

5.7.1 平面衍射光栅248

5.7.2 闪耀光栅252

5.7.3 光谱仪255

5.8.1 全息原理和全息图种类257

5.8 全息技术257

5.8.2 全息技术应用举例261

5.9 傅里叶光学263

5.9.1 概述263

5.9.2 薄透镜的傅里叶变换性质264

5.9.3 光学傅里叶变换266

5.9.4 光信息处理及其应用268

5.10 二元光学269

5.10.1 概述269

5.10.3 二元光学器件的制作271

5.10.2 二元光学的特点271

5.10.4 二元光学的应用272

5.11 近场光学275

5.11.1 概述275

5.11.2 近场光学原理275

5.11.3 近场光学应用举例276

习题278

第6章 光的偏振技术281

6.1 光的偏振特性281

6.1.1 光的横波性281

6.1.2 光波的偏振态283

6.1.3 偏振光的表示方法286

6.2 平面光波在晶体中的传播特性290

6.2.1 晶体的介电张量290

6.2.2 各向异性晶体中的单色平面光波292

6.2.3 平面光波在晶体中的传播——解析法293

6.2.4 平面光波在晶体中的传播——图解法296

6.3.1 光波在晶体表面上的反射定律和折射定律301

6.3 平面光波在晶体表面上的反射和折射301

6.3.2 单轴晶体中的光路303

6.4 偏振器件304

6.4.1 概述304

6.4.2 反射型偏振器304

6.4.3 双折射型偏振器305

6.4.4 二向色型偏振器307

6.4.5 波片和补偿器308

6.4.6 退偏器312

6.5 通过光学元件后光强的计算313

6.5.1 概述313

6.5.2 用琼斯矢量计算313

6.5.3 用斯托克斯矢量计算313

6.5.4 用邦加球表示314

6.6 偏振光的干涉315

6.6.1 概述315

6.6.2 平行光的偏振光干涉316

6.6.3 会聚光的偏振光干涉318

6.7 晶体的旋光性321

6.8 偏振光仪器322

6.8.1 旋光仪322

6.8.2 椭偏仪323

习题325

7.1 非线性光学简介327

7.1.1 概述327

第7章 光调制技术327

7.1.2 介质的非线性特性328

7.1.3 非线性效应产生和频329

7.1.4 非线性效应产生二次谐波332

7.1.5 非线性效应产生差频332

7.1.6 光纤中的非线性特性333

7.1.7 受激非弹性散射334

7.2 光的调制335

7.2.1 幅度调制和光强调制335

7.2.2 频率调制和相位调制337

7.2.3 脉冲调制338

7.3 电光调制339

7.3.1 线性电光效应339

7.3.2 晶体的线性电光系数341

7.3.3 KDP晶体的线性电光效应343

7.3.4 电光调制器件347

7.4 磁光调制349

7.4.1 磁致旋光效应349

7.4.2 晶体的法拉第效应350

7.5 声光调制352

7.5.1 弹光效应352

7.5.2 声光衍射353

习题356

第8章 光学测量技术357

8.1 光学测量的基本装置357

8.1.1 光具座及其基本部件357

8.1.2 精密测角仪364

8.2 光学玻璃的测量367

8.2.1 光学玻璃折射率与色散的测量367

8.2.2 光学玻璃的双折射测量371

8.2.3 有色光学玻璃光谱特性的测量375

8.3 光学零件的测量377

8.3.1 光学零件面形偏差的测量377

8.3.2 球面曲率半径的测量381

8.3.3 平面光学零件光学不平行度的测量384

8.3.4 焦距和顶焦距的测量389

8.4 典型光学系统特性参数测量392

8.4.1 显微系统特性参数检测392

8.4.2 望远系统光学特性参数检测395

8.4.3 照相物镜光学特性参数检测402

习题410

第9章 激光技术413

9.1 激光的产生与特性413

9.1.1 激光的产生413

9.1.2 激光的特性414

9.2 光的量子性与波粒二象性415

9.2.1 光电效应与光量子（光子学）415

9.2.2 光的波粒二象性417

9.2.3 原子的能级分布417

9.3 激光原理419

9.3.1 原子的跃迁419

9.3.2 激光器的构成423

9.3.3 光学谐振腔426

9.3.4 激光的模式430

9.4 激光器433

9.4.1 气体激光器433

9.4.2 固体激光器440

9.4.3 半导体激光器443

9.5 激光技术451

9.5.1 激光准直技术451

9.5.2 激光测距技术453

9.5.3 激光调制技术458

9.5.4 激光稳频技术460

9.5.5 激光脉冲技术466

9.5.6 激光存储技术471

习题475

第10章 光波导技术476

10.1 概述476

10.1.1 光波导476

10.1.2 光导纤维477

10.2.2 平板波导的模式480

10.2.1 平板光波导的结构480

10.2 平面光波导的传输特性480

10.2.3 光波导损耗481

10.3 光波导器件482

10.3.1 光波导调制器482

10.3.2 电光调制器483

10.3.3 声光调制器484

10.3.4 周期波导和反射滤波器485

10.3.6 波导激光器486

10.3.5 光波导偏振器486

10.4 光波导耦合487

10.4.1 光波导透镜488

10.4.2 光波导反射镜和棱镜489

10.5 集成光学系统举例489

10.5.1 射频频谱分析仪490

10.5.2 微型光波导陀螺仪491

10.6 光纤的特性492

10.6.1 均匀折射率光纤的光线理论492

10.6.2 光纤的损耗493

10.6.3 光纤的色散494

10.6.4 光纤的偏振494

10.7 特种光纤495

10.7.1 变折射率光纤495

10.7.2 红外光纤500

10.7.3 塑料光纤501

10.8 光纤器件501

10.8.2 光纤波分／波合器502

10.8.1 光纤连接器和耦合器502

10.8.3 光纤偏振控制器503

10.8.4 光纤滤波器503

10.8.5 光纤光栅505

10.8.6 光纤放大器和激光器505

10.9 光纤传感器506

10.9.1 概述506

10.9.2 振幅调制传感型光纤传感器507

10.9.3 相位调制传感型光纤传感器508

10.9.4 偏振调制型光纤传感器512

10.9.5 波长调制型光纤检测系统512

10.9.6 传光型光纤检测系统513

附录A 张量的基本知识515

附录B 矢量分析与场论520

附录C 电磁场理论的基本方程525

参考文献535