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第1章　光的电磁理论1

1.1 电磁场2

1.1.1 麦克斯韦电磁方程2

1.1.2　物质方程3

1.1.3　突变面处的边界条件4

1.1.4　电磁场的能量定律7

1.2　波动方程和光速8

1.3　标量波10

1.3.1 平面波10

1.3.2　球面波12

1.3.3　相速度、群速度13

1.4.1　光的横波特性17

1.4　矢量波17

1.4.2　光波的偏振态18

1.4.3　任意形式的谐矢量波24

1.5　平面光波在各向同性介质界面上的反射和折射26

1.5.1　反射定律和折射定律26

1.5.2　菲涅耳公式27

1.5.3　反射率和透射率32

1.5.4　反射和透射的偏振特性35

1.5.5　全反射与倏逝波38

1.6　光在分层介质上的传播42

1.6.1 单层膜的特征矩阵42

1.6.3　反射系数和透射系数45

1.6.2　多层膜的特征矩阵45

1.6.4　周期性分层介质49

第2章　几何光学基础53

2.1　几何光学与电磁理论53

2.1.1 程函方程53

2.1.2　光线和几何光学的强度定律55

2.2　光线的一般性质57

2.2.1 光线方程57

2.2.2　折射定律和反射定律60

2.3.1 拉格朗日（Lagrange）积分不变式61

2.3.2 费马（Fermat）原理61

2.3　几何光学的其它基本定律61

2.3.3 马吕斯（Malus）—杜平（Dupin）定理62

第3章　光学成像的几何理论64

3.1 理想成像和投影变换（Projective Transformation）64

3.1.1　投影变换的一般考虑64

3.1.2　轴对称投影变换65

3.2　共轴投影变换成像的一般描述67

3.2.1 符号规定67

3.2.2　共轴投影系统的基点和基面68

3.2.3 共轴投影光学系统的成像关系69

3.2.4　共轴投影光学系统的组合71

3.3.1　点特征函数72

3.3　哈密顿特征函数72

3.3.2　混合特征函数73

3.3.3 角特征函数75

3.3.4 旋转折射面的角特征函数的近似76

3.4　高斯光学79

3.4.1　旋转折射面80

3.4.2　单透镜82

3.4.3 薄透镜83

3.4.4　物像空间不变式（拉—亥不变式）84

3.5　光线追迹85

3.5.1　斜子午光线85

3.5.3　弧矢光线87

3.5.2　傍轴光线87

第4章　光波的干涉和干涉系统91

4.1 两平面单色光波的干涉92

4.2　光波产生干涉的条件94

4.3　分波阵面法干涉95

4.3.1 杨氏干涉实验95

4.3.2　干涉条纹的可见度99

4.3.3　光源尺度的影响101

4.3.4 光源的非单色性的影响和时间相干性103

4.4　分振幅法——平板的双光束干涉106

4.4.1 平行平面板产生的等倾干涉107

4.4.2　薄膜产生的等厚干涉110

4.4.3　条纹的定域114

4.5　双光束干涉仪器118

4.5.1 迈克尔逊（Michelson）干涉仪118

4.5.2 斐索（Fizeau）干涉仪120

4.5.3 泰曼—格林（Twyman-Green）干涉仪121

4.5.4　傅里叶变换光谱仪122

4.5.5 马赫—泽德（Mach-Zehnder）干涉仪123

4.6　多光束干涉125

4.6.1 平行平面板的强度分布公式125

4.6.2　干涉条纹的特征128

4.6.3 干涉条纹锐度和条纹细度129

4.6.4　频率特性130

4.7　法布里—珀罗（Fabry-Perot）干涉仪131

4.7.1 F-P干涉仪的结构与工作原理132

4.7.2　F-P干涉仪用做光谱线的精细结构研究134

4.7.3 角色散137

4.8　干涉滤光片137

第5章　衍射理论基础141

5.1　惠更斯—菲涅耳原理142

5.2　基尔霍夫衍射公式143

5.2.1 基尔霍夫积分定理144

5.2.2　基尔霍夫衍射理论146

5.2.3 菲涅耳近似和夫琅和费近似149

5.3.1 矩形孔衍射153

5.3　夫琅和费衍射153

5.3.2　单狭缝衍射156

5.3.3 圆孔衍射157

5.3.4　其它形状光孔的衍射160

5.4　夫琅和费衍射和傅里叶变换161

5.4.1 夫琅和费衍射的意义162

5.4.2 夫琅和费衍射图样的特点163

5.5　光学成像系统的分辨本领165

5.5.1 瑞利判据165

5.5.2　几种光学成像系统的分辨本领167

5.6　夫琅和费多缝衍射170

5.6.1 多缝衍射的光强分布171

5.6.2　光强分布公式的讨论172

5.7　衍射光栅174

5.7.1　光栅的分布特性175

5.7.2　正弦（振幅）光栅177

5.7.3 闪耀光栅180

5.7.4　光栅光谱仪182

5.8　菲涅耳衍射183

5.8.1 衍射积分183

5.8.2　菲涅耳积分184

5.8.3 菲涅耳直边衍射188

6.1.1 关于理想成像光学系统的概要190

6.1　广角光锥的无像散条件190

第6章　像差概论190

6.1.2　正弦（Sine）条件和赫谢尔（Herschel）条件191

6.1.3　像散光锥（AstigmaticPencils of Rays）193

6.2　波像差与光线像差194

6.2.1　研究几何像差的前提条件194

6.2.2　几种常见的几何像差196

6.2.3　波像差与光线像差200

6.3　衍射像差208

6.4　像差函数的展开211

6.4.1 像差函数的泽尼克（Zernike）圆多项式的展开211

6.4.2　初级像差的容差条件212

6.5 出瞳波阵面的校正——自适应光学简介213

第7章　扩展物体的成像217

7.1　相干照明成像217

7.2　非相干照明成像220

第8章　光度学与色度学225

8.1　光度学的基本概念225

8.1.1 一般描述225

8.1.2　光度学参数的物理考虑227

8.1.3　辐射度量的实用单位229

8.2　传播过程中的辐射度量230

8.2.1 传播过程中的辐照度230

8.2.2　传播过程中的辐射亮度231

8.2.3　介质交界面的辐射亮度232

8.2.4　成像光学系统的光照度233

8.3　色度学初步236

8.3.1 颜色的基本描述参数236

8.3.2 色光混合和色料混合238

8.3.3 色度坐标和色度图239

8.3.4　1931CIE标准色度系统240

8.3.5　CIE 1964补充标准色度系统249

8.3.6　在CIE色度图中的颜色参量250

第9章　光场的二阶相干性基础——标量场理论253

9.1　二阶相干性的基本描述254

9.1.1 时间相干性254

9.1.2　空间相干性255

9.2　典型相干实验的数学描述256

9.3　准单色条件和互谱纯条件261

9.4　互相干性的传播267

9.4.1 传播方程的一般考虑267

9.4.2　互相干函数的极限形式270

9.4.3 范西特—泽尼克（Van Cittert-Zernike）定理273

第10章　相干性与辐射277

10.1　一般考虑277

10.2　Schell模型光源，准均匀源280

10.3　平面上的辐射，二次源284

10.3.1 一般形式284

10.3.2 准均匀平面光源的辐射287

10.3.3　逆问题289

10.4　等效理论293

10.5　光束298

10.5.1 光波场的角谱表述298

10.5.2　单色高斯光束301

10.5.3 一般意义上的部分相干光束304

10.5.4　Gaussian-Schell模型光束306

10.5.5 应用实例：激光束的光束质量313

第11章　辐射的统计特性316

11.1　典型光源的一阶统计特性316

11.1.1　偏振热光316

11.1.3　部分偏振热光的数学描述318

11.1.2　非偏振热光318

11.1.4　部分偏振热光的一阶统计327

11.1.5　激光328

11.2　积分时间问题330

11.2.1 一般考虑330

11.2.2 强度积分的概率密度函数333

11.2.3 互强度与积分时间334

11.3　光辐射探测的统计基础340

11.3.1　基本考虑340

11.3.2　经典随机涨落342

11.3.3 简并参量345

附录　习题347

参考文献358