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引言 1

第1章 光的波动模型 9

1.1光波场 9

1.1.1光是交变电磁场 9

1.1.2光波场的周期性 10

1.1.3定态光波 12

1.1.4光是矢量波 13

1.1.5光强 14

1.1.6光的传播 15

1.2定态光波的数学表示 17

1.2.1矢量表示与标量表示 17

1.2.2定态光波的描述 18

1.2.3定态光波按波面分类 18

1.2.4光波的复振幅描述 23

1.2.5有关光波的几个概念 24

1.3光程与相位 25

1.3.1光程 25

1.3.2相位的超前与滞后 28

1.4傍轴条件与远场条件 30

1.4.1轴上物点的傍轴条件和远场条件 30

1.4.2轴外物点的近轴条件和远场条件 31

第2章 光的叠加原理 33

2.1光波的叠加原理及其成立的条件 33

2.1.1光波的独立传播定律 33

2.1.2光波的叠加原理 33

2.2光波的叠加方法 34

2.2.1代数法（瞬时值法） 34

2.2.2复数法 34

2.2.3振幅矢量法 35

2.3光波的叠加强度 35

2.3.1光波叠加的特点 35

2.3.2光波的叠加强度的计算 36

2.3.3光波的相干叠加与非相干叠加 36

2.3.4振动方向相互垂直的光波的叠加 38

2.3.5两列不同频率单色光波的叠加 38

2.3.6光的相干条件 39

2.4波包与群速度 40

2.5光速的测量 43

第3章 光的偏振 46

3.1光的偏振特性 46

3.1.1横波的偏振性 46

3.1.2起偏与检偏 48

3.2光的偏振态 48

3.2.1普通光源的发光机制 48

3.2.2自然光 50

3.2.3平面偏振光（线偏振光） 51

3.2.4部分偏振光 53

3.2.5圆偏振光 53

3.2.6椭圆偏振光 55

3.3菲涅耳公式 59

3.3.1光矢量的分解 60

3.3.2菲涅耳公式的表述 60

3.3.3反射率与透射率 61

3.3.4相位关系 63

3.4反射折射所引起的偏振态的改变 64

3.4.1偏振态的改变 64

3.4.2垂直入射 65

3.4.3布儒斯特定律 66

3.4.4玻璃片堆和布儒斯特窗 67

3.5斯托克斯倒逆关系 69

第4章 光的相干叠加 70

4.1杨氏干涉与相干光的获得 70

4.1.1托马斯·杨 70

4.1.2普通光源的相位 72

4.1.3相干光的获得 72

4.1.4杨氏干涉 72

4.1.5干涉的特点 73

4.2两列相干光的干涉花样 73

4.2.1两个点光源的干涉 73

4.2.2两个线光源的干涉（双缝干涉） 76

4.2.3干涉条纹的可见度（反衬度） 76

4.2.4两列平行光的干涉 77

4.3惠更斯-菲涅耳原理 78

4.3.1次波模型 78

4.3.2次波的相干叠加——惠更斯-菲涅耳原理 80

4.4菲涅耳衍射（圆孔、圆屏） 85

4.4.1衍射现象 85

4.4.2用半波带法分析菲涅耳圆孔衍射 86

4.5夫琅禾费单缝和矩孔衍射 93

4.5.1夫琅禾费衍射装置 93

4.5.2单缝衍射强度分布 95

4.5.3单缝衍射花样的特点 98

4.5.4单缝衍射的应用 100

4.5.5夫琅禾费矩孔衍射 101

4.6夫琅禾费圆孔衍射 102

4.6.1衍射强度 102

4.6.2衍射花样的特点 103

4.6.3望远镜的分辨本领 104

4.6.4几何光学是衍射光学的大尺度近似 105

第5章 光的干涉装置与光波场的相干性 106

5.1光的干涉装置概述 106

5.2分波前的干涉装置 107

5.2.1菲涅耳双面镜 107

5.2.2劳埃德镜 108

5.2.3菲涅耳双棱镜 109

5.3半波损失 110

5.4薄膜干涉 111

5.4.1等倾干涉 112

5.4.2等厚干涉 116

5.5分振幅的干涉装置 119

5.5.1迈克耳孙干涉仪 119

5.5.2马赫-曾德尔干涉仪 124

5.5.3干涉滤波片 125

5.5.4牛顿环 126

5.6多光束干涉——法布里-珀罗干涉仪 128

5.6.1干涉装置 128

5.6.2光强分布 128

5.6.3光波场特性 130

5.7光的空间相干性与时间相干性概论 134

5.7.1光波场的空间相干性 135

5.7.2光场的时间相干性 141

第6章 衍射光栅 144

6.1多缝夫琅禾费衍射 144

6.1.1衍射强度 145

6.1.2双缝衍射 150

6.1.3衍射花样的特点 151

6.1.4干涉与衍射的区别和联系 152

6.1.5光栅方程 153

6.2光栅光谱 154

6.2.1谱线的角宽度和光栅的色分辨本领 154

6.2.2光栅的色散与自由光谱范围 156

6.3闪耀光栅 157

6.3.1问题的提出与解决方案 157

6.3.2闪耀光栅的原理 157

6.3.3两种常用的照明方式 158

6.4单色仪与光谱仪 159

6.5正弦光栅 160

6.6 X射线在晶体中的衍射 162

6.6.1晶格点阵 162

6.6.2 X射线在晶体中的相干叠加 163

6.6.3晶体X射线衍射的实验方法 164

第7章 傅里叶变换光学与全息照相 166

7.1衍射系统的傅里叶变换 166

7.1.1衍射系统的屏函数 166

7.1.2接收场 167

7.1.3衍射系统的傅里叶变换方法 167

7.1.4波前相因子分析法 169

7.2透镜和棱镜的屏函数 169

7.2.1透镜的相位变换函数 169

7.2.2棱镜的相位变换函数 171

7.3夫琅禾费光栅衍射的傅里叶频谱分析 171

7.3.1屏函数的傅里叶变换 171

7.3.2周期性屏函数的傅里叶变换 174

7.3.3非周期性的屏函数的傅里叶变换 176

7.4阿贝成像原理 177

7.4.1阿贝成像原理的数学推导 177

7.4.2阿贝成像原理的实验验证 179

7.4.3图像处理 181

7.4.4相衬显微镜 182

7.5全息照相 183

7.5.1全息照相的基本原理 183

7.5.2全息照相的装置 185

第8章 光在晶体中的双折射 187

8.1光在晶体中的传播 187

8.1.1晶体的光学特征 187

8.1.2双折射现象与双折射晶体 187

8.2单轴晶体中光的波面 190

8.2.1o光和e光的波面 190

8.2.2单轴晶体的惠更斯作图法 191

8.2.3几种特例 192

8.3晶体光学器件 193

8.3.1偏振棱镜 193

8.3.2波晶片 195

8.3.3相位补偿器 196

8.4波片与光的偏振态 198

8.4.1光在波晶片中的传播引起的相位差 198

8.4.2经过波片后光的偏振态的改变 199

8.5偏振光的干涉 202

8.5.1平行光的干涉装置 202

8.5.2实验现象及分析 203

8.6电光效应 205

8.6.1克尔效应（二级电光效应） 205

8.6.2泡克耳斯效应（一级电光效应） 206

8.6.3电光效应的应用 207

8.7旋光 208

8.7.1自然旋光 208

8.7.2磁致旋光 211

8.7.3磁致旋光的应用 211

8.8偏振态的矩阵表示 212

8.8.1琼斯矢量 213

8.8.2正交偏振 215

8.8.3琼斯矩阵 216

第9章 光波与物质的相互作用 220

9.1光的吸收 220

9.1.1吸收的实验规律（线性吸收） 220

9.1.2吸收系数与波长的关系 221

9.1.3吸收光谱 221

9.2光的色散 222

9.3吸收和色散的经典理论 224

9.3.1经典的电偶极子模型 224

9.3.2单一本征频率 225

9.3.3多个本征频率 226

9.4光的散射 226

9.4.1散射现象 226

9.4.2散射定律 227

9.5强光在介质中的非线性电极化效应 228

第10章 几何光学的近轴理论 231

10.1衍射的零级近似 231

10.2几何光学的基本概念 232

10.2.1几何光学是关于成像的理论 232

10.2.2几何光学的实验定律 233

10.3反射与折射的应用 236

10.3.1光在平面上的反射 236

10.3.2光在平面上的折射 237

10.4变折射率光学 240

10.5近轴光在单球面上的成像 243

10.5.1物与像的虚实性 243

10.5.2近轴光在单球面上的折射 244

10.6薄透镜成像 250

10.6.1薄透镜 250

10.6.2薄透镜成像公式 250

10.6.3薄透镜成像的作图法 254

10.7理想共轴球面系统的成像 256

10.7.1共轴球面系统的基点和基面 257

10.7.2共轴球面系统的物像关系 258

10.7.3基点和基平面的确定 259

10.7.4光具组的阿贝正弦条件与齐明点 261

10.8光线转换矩阵 263

10.8.1光线状态的矩阵表示 263

10.8.2成像矩阵的计算 265

10.9几何光学仪器 266

10.9.1人眼 266

10.9.2放大镜 267

10.9.3目镜与物镜 268

10.9.4显微镜 269

10.9.5望远镜 270

10.9.6照相机 272

第11章 光的量子性 276

11.1辐射场 276

11.1.1辐射场的物理参数 276

11.1.2热辐射 276

11.2黑体辐射的实验规律 277

11.2.1斯特藩-玻耳兹曼定律 278

11.2.2维恩位移定律 278

11.2.3瑞利-金斯定律 278

11.3光量子假说 280

11.3.1普朗克对黑体辐射的解释 280

11.3.2爱因斯坦光量子与光的波粒二象性 282

11.3.3康普顿效应 282

11.3.4德布罗意波 284

习题与答案 285

中英人名对照 317

名词索引 319

教学进度和作业布置 324