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第1章 光的电磁理论 1

1.1 麦克斯韦电磁场理论与电磁光波 1

1.1.1 麦克斯韦方程组 2

1.1.2 物质方程 3

1.1.3 电磁场波动性 4

1.1.4 电磁波谱和折射率 5

1.1.5 光的色散 6

1.1.6 边值关系 8

1.2 典型光波 10

1.2.1 平面光波 11

1.2.2 球面光波 16

1.2.3 柱面光波 19

1.2.4 高斯光波 20

1.3 平面光波的性质及相关知识 22

1.3.1 简谐平面电磁波的性质 22

1.3.2 坡印亭矢量和坡印亭定律 25

1.3.3 光强I 26

1.3.4 辐照度L 27

1.4 折射和反射定律、菲涅耳公式 28

1.4.1 折射和反射定律 28

1.4.2 菲涅耳公式 30

1.4.3 根据菲涅耳公式讨论反射波和透射波的性质 32

1.5 全反射 36

1.5.1 临界角θc之下 36

1.5.2 临界角θc之上 37

1.6 金属中的光波和金属表面的折反射 43

1.6.1 良导体的条件、电导率σ不等于零时的波动方程 43

1.6.2 金属中的简谐平面光波 44

1.6.3 电磁波在金属表面的折、反射 46

1.7 光的吸收和散射 51

1.7.1 光的吸收 51

1.7.2 光的散射 54

名人简介：麦克斯韦 60

名人简介：菲涅耳 61

例题 61

思考题与习题 66

第2章 光波在各向异性光学媒质中的传播 70

2.1 晶体媒质的双折射和各向异性 70

2.1.1 双折射 70

2.1.2 光是横波的证明 71

2.1.3 媒质的各向异性 72

2.1.4 张量的基础知识 73

2.1.5 晶体的介电张量 74

2.2 理想单色平面光波在晶体中传播的解析法描述 76

2.2.1 单色线偏振平面光波的振动方向 76

2.2.2 波法线菲涅耳方程 78

2.2.3 单轴晶体的双折射的再讨论 81

2.2.4 单轴晶体中寻常光和非常光的振动方向 81

2.2.5 双轴晶体的双折射的讨论 83

2.2.6 光线菲涅耳方程 84

2.3 光在晶体中传播的几何方法描述 87

2.3.1 折射率椭球（光率体） 87

2.3.2 折射率曲面和波矢曲面 93

2.3.3 菲涅耳椭球 95

2.3.4 射线曲面 96

2.4 平面光波在晶体界面上的反射和折射 97

2.4.1 反射和折射定律 97

2.4.2 光在晶体界面上反射和折射方向的几何作图法描述 98

2.5 感生双折射 104

2.5.1 应力双折射——光弹性效应 105

2.5.2 电致双折射——电光效应 105

2.5.3 磁光效应 108

例题 109

思考题与习题 110

第3章 光波的叠加和分析 112

3.1 波的独立传播和叠加原理 112

3.1.1 标量波和矢量波 112

3.1.2 波的独立传播原理 113

3.1.3 光波的叠加原理和线性媒质 113

3.2 两束同频振动方向平行的标量波的叠加 114

3.2.1 同向传播的平面光波的叠加 114

3.2.2 同向传播的平面光波的叠加——驻波及其实验 115

3.2.3 任意方向传播的平面光波的叠加 118

3.3 两束同频振动方向垂直的标量波的叠加 119

3.3.1 椭圆偏振光的产生 119

3.3.2 偏振态的表示法 122

3.4 偏振光的产生和检测、偏振元器件及其琼斯矩阵 124

3.4.1 线偏振光的产生 124

3.4.2 线偏振光的检验 130

3.4.3 椭圆（圆）偏振光的产生 131

3.4.4 椭圆（圆）偏振光的检验 134

3.4.5 偏振器件的琼斯矩阵表示 138

3.5 不同频率的两个平面单色波的叠加 141

3.5.1 拍频现象 141

3.5.2 拍频现象的应用 142

3.5.3 群速度 144

3.6 光波的分析 146

3.6.1 周期性光波的分析 146

3.6.2 波群的分析 147

3.6.3 光波的傅里叶分析 148

3.7 旋光-线偏振光的分解 149

3.7.1 自然旋光 149

3.7.2 人工旋光 154

名人简介：李普曼 155

名人简介：阿喇果 156

例题 157

思考题与习题 162

第4章 光的干涉 165

4.1 两束单色光的干涉 165

4.1.1 概述 165

4.1.2 两束平面光波的干涉 168

4.1.3 两束球面光波的干涉 173

4.2 杨氏分波面干涉 177

4.2.1 杨氏干涉 178

4.2.2 杨氏干涉的改良——菲涅耳型干涉 181

4.2.3 瑞利干涉仪 183

4.3 分振幅双光束干涉 184

4.3.1 定域性 185

4.3.2 平行平板产生的干涉——等倾干涉及其应用 186

4.3.3 楔形平板产生的干涉——等厚干涉及其应用 190

4.3.4 双臂式分振幅干涉装置 194

4.4 多光束干涉 198

4.4.1 平行平板产生的多光束干涉 198

4.4.2 法布里-珀罗干涉仪及其应用 202

4.5 光学薄膜干涉 208

4.5.1 单层膜的分光特性 208

4.5.2 多层膜分光特性的递推法计算 212

4.6 光波的相干性 214

4.6.1 时间相干性 214

4.6.2 空间相干性 216

4.6.3 迈克尔逊天体干涉仪 220

4.7 偏振光的干涉 222

4.7.1 平行偏振光的干涉 222

4.7.2 会聚光的偏光干涉 226

名人简介：托马斯·杨 230

名人简介：迈克尔逊 231

名人简介：法布里 232

例题 232

思考题与习题 238

第5章 光的衍射 242

5.1 光衍射基本理论 242

5.1.1 惠更斯-菲涅耳原理 244

5.1.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 246

5.1.3 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式近似 248

5.2 菲涅耳衍射 252

5.2.1 菲涅耳半波带法 252

5.2.2 菲涅耳波带板 258

5.2.3 菲涅耳积分法 260

5.2.4 菲涅耳衍射与分数傅里叶变换 263

5.3 夫琅和费衍射 265

5.3.1 衍射的观察 265

5.3.2 夫琅和费衍射的傅里叶变换处理 266

5.3.3 单缝的夫琅和费衍射 267

5.3.4 直边的夫琅和费衍射 270

5.3.5 矩孔的夫琅和费衍射 271

5.3.6 矩孔二值位相物体的衍射 272

5.3.7 圆孔的夫琅和费衍射 273

4.3.8 夫琅和费衍射中的Babinet互补规律 280

5.3.9 随机颗粒的夫琅和费衍射 280

5.3.10 衍射图形与光波所受的限制之间的关系 281

5.4 多缝夫琅和费衍射及衍射光栅 282

5.4.1 双缝夫琅和费衍射 282

5.4.2 多缝夫琅和费衍射 285

5.4.3 衍射光栅 291

5.5 几种光栅 295

5.6 严格耦合波分析方法 305

名人简介：惠更斯 311

名人简介：夫琅和费 311

例题 312

思考题与习题 315

第6章 光的量子性 319

6.1 早期光量子现象及其解释 319

6.1.1 黑体辐射 319

6.1.2 光电效应和光压 324

6.1.3 康普顿效应 328

6.1.4 光的波粒二象性和物质波 329

6.2 原子激发与发光的量子处理 330

6.2.1 原子的有核结构 330

6.2.2 氢原子光谱和经典理论的困难 331

6.2.3 玻尔的量子理论及其对相关疑难的解释 332

6.2.4 原子的光发射与吸收的半量子半经典理论 334

6.2.5 原子光谱线的展宽 341

6.3 激光中的量子过程和典型激光器 344

6.3.1 激光的基本原理 344

6.3.2 激光的特性 348

6.3.3 典型激光器 349

例题 353

思考题与习题 355

附录A 常用非初等函数 357

A.1 标准形式的一维非初等函数 357

A.2 一维非初等函数的一般形式 365

A.3 常用二维非初等函数 367

附录B 贝塞尔函数 372

B.1 n阶第一类贝塞尔（Bessel）函数的定义 372

B.2 贝塞尔函数的性质 373

附录C 傅里叶变换 374

C.1 傅里叶级数以及频谱的概念 374

C.2 一维傅里叶变换的定义及其运算举例 376

C.3 二维傅里叶变换 382

C.4 傅里叶变换的性质 384

C.5 傅里叶变换相关理论 385

参考文献 388