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第一章 光的本性 1

1.1 波和粒子 1

1.2 波动 3

一、简谐波的表达式 3

二、波动方程 5

三、纵波与横波 7

1.3 电磁波 8

一、电磁波方程和它的简谐波解 8

二、电磁波的性质 11

三、光的波粒二象性 15

1.4 电磁波的能量 16

一、辐照度 16

二、高斯光束 17

三、电磁波的能量流和光子 18

1.5 光的动量和压强 21

一、电磁波的动量 21

二、光压 22

三、激光束的压力 24

1.6 三维空间中的标量波 25

一、三维空间中的平面波 25

二、球面波 27

1.7 叠加原理 28

一、叠加原理 28

二、相同频率振动的叠加和矢量图解法 29

1.8 惠更斯原理 31

1.9 费马原理 34

1.10 光通过介质界面时的反射和折射 41

一、光波频率在反射和折射前后不变 42

二、反射定律和折射定律 43

三、菲涅耳公式 44

四、布儒斯特角 46

五、反射比和透射比 48

六、反射光的位相变化 53

1.11 斯托克斯关系式 55

1.12 内反射 56

一、全反射 56

二、反射光的位相 57

三、平面平行透明板前后界面反射波的位相关系 59

四、衰逝波 61

1.13 光的多普勒效应 65

思考题与习题 68

参考读物 73

第二章 光的干涉 75

2.1 杨氏实验 75

一、实验装置和干涉现象 75

二、杨氏干涉条纹的分布规律 77

2.2 光波的相干条件 80

一、干涉的一般考虑 80

二、可见度 82

三、两列平面波的干涉 83

四、两列球面波的干涉 84

2.3 几种分波前干涉装置和瑞利干涉仪 85

一、分波前干涉装置 85

二、瑞利干涉仪 87

一、坡耳实验 89

2.4 薄膜干涉 89

二、等倾干涉 90

三、等厚干涉 94

四、薄膜的颜色 96

五、条纹定域的讨论 98

六、等厚条纹和等倾条纹 100

2.5 等厚干涉的应用 100

一、校准块规 100

二、检查光学表面的质量 101

三、斐索干涉仪 102

四、牛顿环 103

五、块规干涉仪 105

一、结构和原理 108

2.6 迈克耳孙干涉仪 108

二、干涉条纹 109

三、复色光源 111

四、迈克耳孙-莫雷实验 112

五、拍频干涉仪 114

2.7 其他几种干涉仪 115

一、特怀曼-格临干涉仪 115

二、激光自动比长仪 116

三、沙拿克干涉仪 117

2.8 光的相干性 121

一、光的单色性 121

二、相干长度 123

三、薄膜的厚度 125

四、光源大小对干涉条纹可见度的影响 126

五、空间相干性 127

六、干涉条纹的定域和空间相干性 128

思考题与习题 129

参考读物 136

第三章 多光束干涉和薄膜光学 138

3.1 多个相干点光源发射相干光的干涉 138

一、多光束干涉原理 138

二、相控阵雷达 142

三、声波干涉 145

四、例题 145

3.2 多光束干涉装置 147

一、两平行平面间多次反射光的干涉 147

二、法布里-珀罗干涉仪 149

三、干涉滤光片 157

一、激光谐振腔原理 158

3.3 激光谐振腔 158

二、纵模 162

三、选模 163

3.4 单层介质薄膜的光学性质 164

一、光在界面上的反射和透射 165

二、单层介质薄膜的反射 167

三、单层增透膜 169

四、单层增反膜 172

五、膜厚监控 174

3.5 多层介质薄膜的光学性质 175

一、双层薄膜系统 175

二、多层薄膜系统 177

三、干涉滤光片 180

3.6 介质薄膜的特征矩阵 181

一、单层介质薄膜的特征矩阵 182

二、多层介质薄膜的特征矩阵 185

思考题与习题 188

参考读物 193

第四章 光的衍射 194

4.1 光的衍射现象 194

4.2 惠更斯-菲涅耳原理 197

4.3 夫琅和费单缝衍射 200

一、实验 200

二、讨论 202

三、积分方法计算光强分布 207

4.4 夫琅和费矩孔衍射和圆孔衍射 210

一、矩形孔衍射 210

二、圆孔衍射 212

三、互补屏原理 216

四、高斯光束的形成 218

4.5 光学系统的分辨率 219

一、瑞利判据 219

二、提高分辨率的途径 222

三、综合孔径 223

四、变迹 226

4.6 夫琅和费双缝衍射 229

一、一般分析 229

二、衍射图样光强分布的定量讨论 232

三、积分法求光强分布 233

4.7 衍射光栅 234

一、光栅衍射图样的光强分布规律 234

二、色散 237

三、分辨率 239

四、反射光栅和闪耀光栅 240

4.8 菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射 242

一、菲涅耳波带 242

二、振幅矢量法讨论P点的振动 246

三、菲涅耳圆孔衍射 247

四、圆形障碍物的菲涅耳衍射 249

五、菲涅耳波带片 250

4.9 菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的条件 253

4.10 光子和衍射实验 256

思考题与习题 259

参考读物 263

第五章 几何光学的近轴理论 266

5.1 波面变换与光线的传播 266

一、波面与光线 266

二、球面波在参考平面上的复振幅表示 268

三、单折射球面对球面波的变换 270

5.2 光线在球面上的折射 274

一、符号法则 274

二、球面折射成像公式 275

三、放大率 277

四、成像作图法 279

五、光线在平面上的折射 282

六、球面折射的不晕点 284

七、例题 285

5.3 共轴球面系统 289

一、主点和焦点 290

二、共轴球面系统的成像公式 292

三、节点 293

四、求两个球面组成的共轴系统的基点 295

五、透镜 297

六、薄透镜组成的系统 298

七、例题 300

5.4 几何光学的矩阵方法 302

一、折射矩阵 302

二、系统矩阵 303

三、物像矩阵 306

四、例题 308

5.5 激光谐振腔的稳定性 312

一、平面镜谐振腔 312

二、球面镜谐振腔 313

5.6 薄透镜对高斯光束的变换 316

一、高斯光束的球面波 316

二、高斯光束的一般特征 319

三、薄透镜对高斯光束的变换 320

四、高斯光束的聚焦 323

五、高斯光束的准直 324

六、高斯光束对透镜孔径的要求 325

5.7 波动方程的高斯光束解 326

思考题与习题 330

参考读物 335

第六章 光阑、像差和光学仪器 336

6.1 光阑 336

一、孔径光阑 336

二、视场光阑 338

6.2 单色像差 339

一、球面像差(球差) 340

二、彗形像差 342

三、像散和像场弯曲 343

四、畸变 345

五、波面像差 347

6.3 色像差 348

一、色差的形成 348

二、色差校正的方法 350

6.4 人眼的光学系统 351

一、人眼的构造 351

二、人眼的几何光学模型 353

三、视敏度 356

四、视见函数 357

五、光度学单位 358

六、人眼对光强的反应 360

一、镜头 361

6.5 照相机 361

七、临界闪光频率 361

二、光圈 363

6.6 放大镜和显微镜 364

一、助视仪器的视角放大率 364

二、放大镜的视角放大率 365

三、显微镜的视角放大率 365

四、显微镜的分辨率 367

6.7 望远镜 368

一、开普勒望远镜和伽利略望远镜 368

二、反射式望远镜 369

6.8 目镜 370

思考题与习题 372

参考读物 373

习题答案 374