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绪论 1

第一章 几何光学 5

1.1 光线传播的基本规律 5

1.1.1 光线传播的实验规律 5

1.1.2 费马原理——光线传播的普遍规律 9

1.2 成像的基本原理 14

1.2.1 成像的基本概念 14

1.2.2 单球面及共轴球面系统傍轴成像(逐次成像) 15

1.2.3 薄透镜傍轴成像 22

1.2.4 光焦度 高斯公式和牛顿公式 作图法 24

1.2.5 共轴球面系统傍轴成像(基面成像) 27

1.2.6 共轴球面系统傍轴成像的矩阵方法 34

1.3 成像仪器 41

1.3.1 眼睛 41

1.3.2 放大镜和目镜 43

1.3.3 显微镜 46

1.3.4 望远镜 47

1.4 光阑与像差 49

1.4.1 光阑 49

1.4.2 像差 52

习题 56

观察思考及讨论题 60

第二章 波动光学通论 64

2.1 波的概念与光的电磁理论基础 64

2.1.1 波的基本概念 64

2.1.2 光的电磁理论基础 65

2.2 波的数学描述 68

2.2.1 波的实数表示与时空周期性 68

2.2.2 波的复数表示与复振幅 74

2.3.1 波的叠加原理 78

2.3 波的叠加 78

2.2.3 波的矢量表示 78

2.3.2 同频率简谐波叠加的一般分析及干涉概念 79

2.3.3 两列同频率、同向振动的平面波的叠加 80

2.3.4 两列同频率、同向振动、反向传播的平面波的叠加——光驻波 84

2.3.5 两列同频率、振动方向互相垂直、同向传播的平面波的叠加——椭圆偏振光的形成及特征 86

2.3.6 两列频率相近、同向振动、同向传播的平面波的叠加——光学拍 90

2.4 光的偏振态 92

2.4.1 完全偏振态——线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光 92

2.4.2 非偏振光——自然光 93

2.4.3 部分偏振及偏振度 94

2.4.4 偏振片及其光强响应 95

2.5 波的傅里叶分析及时空域中的反比关系 98

2.5.1 波的博里叶分析 98

2.5.2 波在空域和时域中的反比关系 100

2.6 光在两种各向同性介质界面的反射与折射 102

2.6.1 反射与折射时光的振幅比 菲涅耳公式 103

2.6.2 反射与折射时光的能流比与光强比 105

2.6.3 反射光与折射光的相位变化 108

2.6.4 反射光与折射光的偏振态 112

2.6.5 全反射与隐失波 114

习题 117

观察思考及讨论题 122

第三章 光的干涉 124

3.1 光的相干条件 124

3.1.1 光的相干条件 124

3.1.2 干涉条纹的衬比度 127

3.1.3 相干光束的产生方法 128

3.2 分波前干涉 128

3.2.1 杨氏实验 128

3.2.2 其他分波前装置 133

3.3.1 光源空间展宽的影响 光场的空间相干性 136

3.3 光场的相干性 136

3.3.2 光源光谱展宽的影响 光场的时间相干性 142

3.3.3 部分相干性理论基础 146

3.4 分振幅干涉(一)：薄板的双光束干涉 150

3.4.1 点光源的干涉及干涉条纹的定域概念 150

3.4.2 等倾干涉 151

3.4.3 等厚干涉 155

3.4.4 薄膜干涉定域及光源临界宽度的进一步讨论 162

3.4.5 迈克耳孙干涉仪 164

3.5.1 平行平板多光束干涉的分析 170

3.5 分振幅干涉(二)：平行平板的多光束干涉 170

3.5.2 法布里-珀罗干涉仪 175

3.5.3 光学薄膜简介 179

习题 181

观察思考及讨论题 185

第四章 光的衍射 188

4.1 衍射的基本原理及分类 188

4.1.1 衍射现象概述 188

4.1.2 惠更斯-菲涅耳原理及平面屏衍射理论 189

4.1.3 衍射问题的近似处理及分类 193

4.2 菲涅耳衍射 196

4.2.1 菲涅耳衍射的分析方法 196

4.2.2 圆孔、圆屏及某些环扇形孔径的衍射 199

4.2.3 菲涅耳波带片 205

4.3 夫琅禾费衍射(一)：连通孔径 208

4.3.1 单缝衍射 208

4.3.2 矩孔衍射 214

4.3.3 圆孔衍射 216

4.4 光学成像系统的分辨本领 218

4.5 夫琅禾费衍射(二)：非连通孔径 222

4.5.1 多缝衍射 222

4.5.2 夫琅禾费衍射的一般性质及其他孔径的衍射 227

4.6.1 光栅的主要性能 229

4.6 光栅 229

4.6.2 闪耀光栅、阶梯光栅及三维光栅 232

4.6.3 棱镜光谱仪及其与光栅、法-珀干涉仪分光性能的比较 236

4.7 相干光成像系统的频谱分析 238

4.7.1 复振幅透过率及其空间频率谱的物理意义 239

4.7.2 透镜的傅里叶变换作用 240

4.7.3 阿贝成像理论及空间滤波 241

4.8 全息照相的原理与特点 245

习题 248

观察思考及讨论题 252

5.1.1 双折射现象 基本定义与规律 254

第五章 光在晶体中的传播 254

5.1 晶体双折射 254

5.1.2 单轴晶体中的波面——惠更斯假设 256

5.1.3 平面波在单轴晶体内的传播——惠更斯作图法 258

5.1.4 单轴晶体双折射的进一步讨论 260

5.2 晶体光学器件 偏振光的检验 264

5.2.1 线偏振器 264

5.2.2 相位延迟器——波晶片和补偿器 267

5.2.3 圆偏振器 270

5.2.4 光通过波晶片后偏振态的变化 272

5.2.5 偏振光的检验 274

5.3 偏振光的干涉 275

5.3.1 平行偏振光的干涉 275

5.3.2 人工双折射与偏振光的干涉 279

5.3.3 会聚偏振光的干涉 282

5.3.4 波动光学中相位规定的自洽性 284

5.4 旋光 287

5.4.1 旋光 287

5.4.2 磁致旋光 290

5.5 偏振态及其变换的矩阵描述 292

习题 297

观察思考及讨论题 300

第六章 光的吸收 色散和散射 302

6.1 光的吸收 302

6.1.1 吸收定律与复折射率 302

6.1.2 吸收与波长的关系 304

6.2 光的色散 306

6.2.1 色散概念及其规律 306

6.2.2 吸收和色散的经典电子理论 309

6.2.3 光的相速和群速 311

6.3.1 瑞利散射 米氏散射及大粒子散射 315

6.3 光的散射 315

6.3.2 拉曼散射 319

习题 320

观察思考及讨论题 321

第七章 光的量子性 激光 323

7.1 黑体辐射 323

7.1.1 两种不同形式的辐射 323

7.1.2 基尔霍夫热辐射定律 324

7.1.3 黑体辐射的实验规律 326

7.1.4 黑体辐射的经典理论及其与实验的矛盾 328

7.1.5 能量子假设与普朗克公式 331

7.1.6 光测高温法 333

7.2 光的粒子性及其实验基础 334

7.2.1 光电效应 334

7.2.2 康普顿效应 337

7.2.3 光压 341

7.3 光的波粒二象性 341

7.3.1 光的粒子性 341

7.3.2 光的波粒二象性及其概率解释 342

7.4 激光 344

7.4.1 产生激光的基本原理 344

7.4.2 激光器的组成及工作过程 348

7.4.3 激光的主要特点和应用 354

7.5 非线性光学简介 356

7.6 现代光学进展简介 357

习题 361

观察思考及讨论题 362

附录Ⅰ 一些光学介质的折射率 364

附录Ⅱ 典型谱线的波长与颜色 364

附录Ⅲ 常用物理常数表 365

部分习题答案 366

汉英名词索引 374