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第七章 傅里叶光学和全息照相 1

7.1 光栅衍射和空间频谱 1

7.2 一些图形的傅里叶变换 8

一、点光源 9

二、实函数频谱的对称性 10

三、位移 11

四、相似性 12

五、转动 12

六、线性叠加和干涉 13

七、正弦光栅 13

7.3 空间频率概念的进一步讨论 15

一、空间频率和波矢 16

三、衰逝波 19

二、波面分解 19

7.4 卷积和光栅 20

一、一维光栅 21

二、二维光栅 24

三、X光在晶体上的衍射 27

7.5 相干光图像处理 28

一、实验装置 29

二、低通滤波 30

三、倍频 31

四、直流成分 31

五、方向滤波 33

六、采样 34

七、位相滤波 36

一、线性系统 38

7.6 振幅传递函数 38

二、传递函数 40

三、光学系统的振幅传递函数 41

四、阿贝成像理论 42

五、图像消模糊 43

7.7 光学传递函数 44

7.8 全息照相 49

一、伽伯的共轴全息照相 49

二、利思-乌帕特尼克斯离轴全息照相 51

三、全息图的特点 55

四、李普曼天然彩色照相 55

五、捷尼舒克体全息 56

思考题和习题 57

参考读物 60

第八章 光的发射和吸收 62

8.1 光的发射 63

一、发光的经典振子模型 63

二、加速运动的电荷发射电磁波 65

三、轫致辐射 69

四、同步辐射 70

8.2 光的吸收 75

一、朗伯定律 75

二、负吸收 76

8.3 黑体辐射 77

一、热辐射的基尔霍夫定律 77

二、绝对黑体和它的辐射规律 79

三、空腔内的驻波模式和能量密度 80

四、能量量子化和光子 84

五、黑体辐射公式 90

六、宇宙中的3K辐射背景 92

七、光测高温学 94

8.4 受激发射 95

一、爱因斯坦系数 95

二、布居数反转 99

三、激光模式 102

8.5 几种常见激光器的机理 104

一、氨分子激射器 105

二、氦-氖激光器 106

三、氩离子激光器 108

四、红宝石激光器 110

五、激光使用安全常识 112

思考题和习题 113

参考读物 114

第九章 光的色散和散射 116

9.1 色散 116

一、色散现象 116

二、三棱镜的色散 117

三、三棱镜的色散率和分辨率 119

9.2 色散的经典理论 122

一、电偶极子的受迫振动 122

二、气体的折射率和色散 125

三、稠密电介质的折射率 128

五、折射率和相干散射 129

四、有多个固有频率的偶极子系统以及经典物理学的困难 129

9.3 光学材料 132

9.4 光在导体中的传播 134

一、复介电常数 134

二、导体中电磁波的传播和吸收 136

三、导体中光波的相速度和位相关系 137

四、金属的传导电子模型 139

五、光在金属表面上的反射 143

9.5 瑞利散射 147

一、光的散射 147

二、瑞利散射的偶极子受迫振动模型 148

三、瑞利散射光的偏振状态 151

四、米氏散射 152

一、日冕和电子对光的散射 155

9.6 光在自由电子上的散射 155

二、散射截面 156

9.7 喇曼散射 157

一、喇曼光谱 157

二、喇曼散射的经典理论 158

三、喇曼散射的量子理论简介 159

四、受激喇曼散射 161

思考题和习题 162

参考读物 163

第十章 光在各向异性介质中的传播 165

10.1 自然光和线偏振光 165

一、自然光和偏振光 165

二、线偏振光的获得和检验 166

三、马吕定律 168

四、消光比 169

五、线偏振光和偏振元件的琼斯表示法 169

10.2 双折射 172

一、双折射现象 172

二、双折射晶体中的波面 173

三、光波在双折射晶体中的传播 175

四、主截面 178

五、双折射晶体结构的不对称振子模型、二向色性 178

10.3 偏振光晶体器件 181

一、尼科耳棱镜 181

二、格兰-汤普森棱镜和格兰-傅科棱镜 182

三、渥拉斯顿棱镜 183

四、波片 184

10.4 椭圆偏振光 187

一、椭圆偏振光的数学表示 187

二、椭圆偏振光的获得 189

三、圆偏振光 190

四、偏振光的完备表示 193

五、光子角动量 194

10.5 两偏振片之间放一片晶体发生的光学现象 195

一、透振方向正交的两偏振片间放晶体 195

二、透振方向平行的偏振片间放晶体 197

三、白光入射 197

四、应力双折射 198

五、会聚光通过晶体的情形 199

一、介电常数张量和电极化率张量 200

10.6 电磁波在各向异性介质中的传播 200

二、光波在各向异性介质中的传播 202

三、关于各向异性介质中光传播速度的菲涅耳公式 207

四、确定各向异性介质中光速和光振动方向的几何方法 211

五、单轴晶体和双轴晶体中的波面 214

思考题和习题 218

参考读物 222

第十一章 非线性光学 224

11.1 非线性折射率和自聚焦 224

一、非线性折射率 224

二、自聚焦现象 225

三、自聚焦的理论简介 227

11.2 光波导中的孤子 229

一、光学双稳态原理 233

11.3 光学双稳态 233

二、光学双稳态器件和光计算机 238

11.4 非线性电极化强度 239

一、非线性振子模型和电极化强度 240

二、不同频率的光波同时入射 243

三、电极化强度张量 244

11.5 旋光 246

一、旋光现象 246

二、旋光的菲涅耳唯象理论 247

三、旋光和石英晶体的结构 250

四、自然界中的对称性 251

五、旋光的理论解释 254

一、泡克耳斯盒 258

11.6 泡克耳斯效应 258

二、泡克耳斯效应的简单理论 261

11.7 克尔效应 263

11.8 法拉第磁光效应 265

一、磁致旋光 265

二、磁致旋光的经典解释 266

三、磁致旋光的应用 271

11.9 光学位相共轭 271

一、位相共轭波 271

二、四波混频和位相共轭 273

三、受激布里渊散射和位相共轭 274

四、光学位相共轭的特点和应用 275

思考题和习题 277

参考读物 278

第十二章 非简谐波和光的统计性质 280

12.1 不同频率波的叠加 280

一、两列不同频率波的叠加 280

二、群速度 282

三、非简谐波的频率谱 283

四、关于傅里叶分析的讨论 286

12.2 波包和测不准关系 287

一、波包 287

二、群速度 290

三、测不准关系 291

12.3 波的调制 292

一、经典色散关系 296

12.4 色散关系 296

二、德布罗意波的色散关系 297

12.5 光谱线展宽 299

一、光谱线的自然展宽 299

二、碰撞展宽 304

三、多普勒展宽 305

12.6 光场辐照度起伏的分布函数 308

一、线偏振光的辐照度 308

二、非偏振光的辐照度 311

12.7 光的相干性 312

一、相关函数 312

二、复相干度 315

一、时间相干性 317

12.8 时间相干性和光谱线轮廓的测量 317

二、光谱线轮廓 318

三、相干长度和谱线宽度 322

四、傅里叶变换光谱仪 323

12.9 空间相干性 324

一、光源宽度和空间相干性 324

二、迈克耳孙星体干涉仪 328

12.10 光的强度相关 329

思考题和习题 333

参考读物 334

附录 336

A 傅里叶积分和傅里叶变换 336

B 几个广义函数 349

C 张量 362

习题答案 367