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目录 1

绪言 1

第一章 几何光学 2

§1.1 折射和反射 2

1.1.1 折射 2

1.1.2 反射和全内反射 3

1.1.3 全反射的应用 3

1.1.4 菲涅耳公式 4

§1.2 光导纤维 8

1.2.1 光纤的数值孔径N.A 8

1.2.2 光纤中子午光线的几何程长和反射次数 9

1.2.3 光纤中光能的损耗及其透射率 10

1.2.4 渐变折射率光纤 11

1.2.5 光纤传感器 11

1.3.1 单球面的折射 12

§1.3 单球面成像 12

1.3.2 球面反射镜 15

1.3.3 玻璃微珠的定向反射特性 16

§1.4 薄透镜成像 16

1.4.1 成像公式 16

1.4.2 透镜和负透镜 17

§1.5 厚透镜及透镜组成像 18

1.5.1 主平面 18

1.5.2 作图法 19

1.5.3 高斯公式 19

1.5.4 牛顿公式 20

1.5.5 像的放大率 20

§1.6 拉格朗日—亥姆霍兹不变量 20

§1.7 像差概述 22

习题 23

2.1.2 人眼的光焦度及其调节 24

2.1.1 人眼的生理结构及简约眼 24

第二章 光学仪器 24

§2.1 眼睛 24

2.1.3 眼睛的缺陷及其校正 25

2.1.4 虹膜与瞳孔 26

2.1.5 分辨本领及视觉灵敏度 26

§2.2 照相系统 27

2.2.1 照相物镜 27

2.2.2 感光胶片 28

2.2.3 快门速度和光圈数 32

§2.3 投影系统 33

§2.4 简单放大镜 34

§2.5 显微镜 35

§2.6 望远镜 36

§2.7 内调焦、准直和自准直望远镜 37

2.7.1 内调焦望远镜 37

2.7.2 准直仪（平行光管） 38

2.7.3 自准直目镜 40

习题 42

第三章 高速摄影 43

§3.1 高速摄影概述 43

3.1.1 高速摄影的定义 43

3.1.2 基本术语 44

3.1.3 高速摄影的分类 45

3.1.4 高速摄影的信息论 45

§3.2 单幅高速摄影 47

3.2.1 短暂闪光的光源 47

3.2.2 高速快门 47

§3.3 间歇式高速摄影机 48

§3.4 光学补偿式高速摄影机 49

3.4.1 棱镜补偿式高速摄影机 49

3.4.2 反射镜补偿式高速摄影机 50

§3.5 鼓轮式高速摄影机 51

3.5.1 有补偿器的鼓轮式高速摄影机 51

3.5.2 保护快门 52

3.5.3 鼓轮式狭缝扫描摄影机 52

§3.6 转镜式高速摄影机 54

3.6.1 扫描式和分幅式 54

3.6.2 同步型和等待型 56

§3.7 变像管高速摄影 57

§3.8 网格高速摄影 57

§3.9 闪光高速摄影 58

§3.10 特种高速摄影 58

3.10.1 射线高速摄影 58

3.10.2 高速阴影、纹影和干涉摄影 59

习题 61

4.1.1 辐射度学单位 62

§4.1 辐射度学和光度学 62

第四章 光源和探测器 62

4.1.2 光度学单位 63

4.1.3 点源 65

4.1.4 扩展源 65

4.1.5 漫反射面 66

4.1.6 像的照度 66

4.1.7 像的亮度 67

4.1.8 定向辐射体 68

§4.2 光源 69

4.2.1 黑体辐射源 69

4.2.2 谱线源 70

4.2.3 发光二极管（LED） 71

§4.3 探测器 72

4.3.1 光电探测器的工作原理与分类 72

4.3.2 光电探测器的性能参数 73

4.3.3 光电管 75

4.3.4 光电倍增管 76

4.3.5 光敏电阻 80

4.3.6 光电二极管 81

4.3.7 光电雪崩管 81

§4.4 电荷耦合器件（CCD） 82

4.4.1 CCD的电荷存贮和传输 82

4.4.2 信号电荷的产生 85

4.4.3 信号输出装置 85

4.4.4 CCD像感器 85

习题 86

第五章 光的干涉及其应用 87

§5.1 光波的数学描述和光波的叠加 87

5.1.1 光波的数学描述 87

5.1.2 光波的叠加 88

§5.2 波阵面分割的干涉 88

5.2.2 多缝干涉 89

5.2.1 双缝干涉 89

§5.3 振幅分割的干涉 90

5.3.1 斯托克斯的倒逆关系 91

5.3.2 双光束干涉 91

5.3.3 多次反射的干涉 92

§5.4 光的相干性 94

5.4.1 时间相干性 94

5.4.2 空间相干性 95

§5.5 激光位移干涉仪 97

5.5.1 位移干涉仪的基本公式 97

5.5.2 几种位移干涉仪的结构特点 98

§5.6 迈克尔逊干涉仪的两种变形 101

5.6.1 泰曼—格林干涉仪 101

5.6.2 马赫—秦特干涉仪 101

5.7.2 法布里—珀罗干涉仪的特性 102

5.7.1 法布里—珀罗干涉仪与标准具的结构 102

§5.7 法布里—珀罗干涉仪 102

5.7.3 利用F—P干涉仪测速 105

5.7.4 从干涉图样求波长差Δλ 106

§5.8 激光速度干涉仪 108

5.8.1 VISAR的基本原理 109

5.8.2 ΔK的检测与信号处理 110

5.8.3 在VISAR中关于相干性的考虑 110

5.8.4 VISAR中关于滞后臂光路的选择 112

5.8.5 VISAR的光路布置 113

§5.9 光纤干涉仪 114

5.9.1 光纤迈克尔逊干涉仪 114

5.9.2 光纤马赫一秦特干涉仪 115

5.9.3 光纤环形干涉仪 116

5.10.1 单层光学膜 117

§5.10 光学薄膜 117

5.9.4 光纤法布里—珀罗干涉仪 117

5.10.2 多层光学膜 120

5.10.3 干涉滤光片 121

习题 122

第六章 衍射现象及其应用 123

§6.1 衍射理论 123

6.1.1 惠更斯—菲涅耳原理 123

6.1.2 菲涅耳—基尔霍夫公式 124

6.1.3 基尔霍夫衍射公式的近似 124

6.1.4 巴俾涅原理 127

§6.2 夫琅和费单缝衍射及其应用 127

6.2.1 夫琅和费单缝衍射和矩孔衍射图样 127

6.2.2 单缝衍射的应用 129

§6.3 夫琅和费圆孔衍射及其应用 131

6.3.1 夫琅和费圆孔衍射 131

6.3.2 夫琅和费圆孔衍射的应用 133

§6.4 光栅衍射及光栅光谱仪 134

6.4.1 衍射光栅 134

6.4.2 光栅光谱仪及其性能参数 140

§6.5 菲涅耳衍射及菲涅耳透镜 142

6.5.1 圆孔和圆屏菲涅耳衍射实验 142

6.5.2 菲涅耳半波带法 142

6.5.3 菲涅耳透镜 144

习题 145

第七章 全息的原理和应用 147

§7.1 全息照相的基本原理 147

7.1.1 物体光波波面的记录和再现 147

7.1.2 同轴全息和离轴全息 150

§7.2 全息照相实验 150

7.2.1 光源及稳定性要求 150

7.2.2 记录介质及其处理 151

§7.3 全息干涉计量 153

7.3.1 实时全息干涉计量 154

7.3.2 双曝光全息干涉计量 156

7.3.3 连续曝光全息干涉计量 158

习题 159

第八章 光的偏振及其应用 160

§8.1 偏振现象、起偏与检偏 160

8.1.1 自然光、部分偏振光、完全偏振光 160

8.1.2 获得偏振光的方法 160

8.1.3 马吕斯定律 162

§8.2 晶体的双折射现象 162

8.2.1 双折射 162

8.2.2 用惠更斯原理解释双折射现象 162

8.2.3 折射率椭球 164

8.2.4 偏振棱镜 164

8.2.5 波片、？波片和？波片 166

§8.3 椭圆偏振光和圆偏振光 167

§8.4 偏振光的干涉 168

§8.5 电光效应 170

8.5.1 克尔效应 170

8.5.2 泡克耳斯效应 172

§8.6 光弹性测试原理 174

8.6.1 应力和应变 174

8.6.2 应力—光学定律 176

8.6.3 平面偏振布置中的光弹性效应 176

8.6.4 圆偏振光场中的光弹性效应 178

8.6.5 整数级等差线的观察与识别 180

§8.7 旋光现象 181

§8.8 磁光效应 183

8.8.1 法拉弟效应 183

习题 184

8.8.2 塞曼效应 184

第九章 光学多普勒效应及其应用 186

§9.1 多普勒效应 186

9.1.1 声学多普勒效应 186

9.1.2 光学多普勒效应 188

§9.2 光学多普勒频移量的检测 193

§9.3 多普勒测速装置的典型光路 194

§9.4 速度方向的鉴别 197

§9.5 双频激光位移干涉仪 200

习题 202

第十章 辐射测温技术 203

§10.1 物体的亮温和隐丝式光测高温计 203

10.1.1 物体的亮温 203

10.1.2 亮温的测量及隐丝式光测高温计 203

10.1.3 由物体的亮温求其真实温度 204

10.2.1 物体的色温 207

10.2.2 由物体的色温求其真实温度 207

§10.2 物体的色温及相关的测温法 207

§10.3 辐射温度计 208

§10.4 瞬态测温技术——光电比色测温法 210

习题 213

第十一章 激光器 214

§11.1 激光的基本原理 214

1 1.1.1 原子的能级结构 214

11.1.2 自发辐射和受激辐射 215

11.1.3 粒子数反转 217

11.1.4 工作物质的增益系数 218

11.1.5 光学谐振腔 219

11.1.6 激光器的频率特性 220

11.1.7 激光的横模 221

§11.2 在测试中应用的激光器 222

11.2.1 氦氖激光器 222

11.2.2 红宝石激光器 226

习题 227

第十二章 红外辐射的传播和探测 228

§12.1 红外线的发射 228

12.1.1 红外辐射的基本定律 228

12.1.2 红外辐射源 230

§12.2 红外线的传输 234

12.2.1 红外辐射在大气中的传输 234

12.2.2 红外光学系统的选择 236

§12.3 红外辐射的探测 240

12.3.1 红外辐射的探测器 240

12.3.2 红外辐射的调制 242

§12.4 红外技术应用概述 247

附录Ⅰ、Ⅱ 248

附录Ⅲ 249

参考文献 249

习题答案 251