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上篇　基础光学——建立“光”的电磁波理论，阐述各种基本光学现象第一章　绪论 3

1.1 光学是物理学科中的重要分支学科 3

1.2　我国古代在光学方面的成就 5

1.3　20世纪前在光科学方面的发展简史 6

1.4　20世纪到近期的若干重大进展 8

1.5　光波是电磁波谱中的一员 16

1.6　光子与电子之间的异同 18

第二章 光波运动的数学表述及光波的叠加原理 20

2.1　麦克斯韦方程组和单色平面波 20

2.2　光波的能量、能量流（光强）和动量 25

2.3　球面波 27

2.4　高斯型波面和高斯光束 29

2.5　光在均匀介质中的传播　折射率与光程 31

2.6　平面波在介质界面上的折射和反射 33

2.7　多束光波的叠加　叠加原理 35

2.8　振动方向相互垂直的光波叠加 椭圆偏振光 35

2.9　不同频率的光波叠加 38

第三章　几何光学 42

3.1 几何光学的含义　费马原理 42

3.2　平面反射镜的成像和反射定律 43

3.3 球面反射镜、椭球面反射镜和抛物面反射镜的成像 44

3.4　光线通过介质界面的折射和全反射 49

3.5 近轴光线经过单球面折射体的传播规律 51

3.6　薄透镜成像规律及光线追迹法 55

3.7 光线经过同轴系统的ABCD转换矩阵 60

3.8　透镜的像差 70

3.9　光阑与光瞳 72

3.10　常用的光学元件：棱镜和光纤 74

3.11　几何光学仪器 77

3.12　几何光学的成就及其不足 84

第四章 光波的干涉现象和相干性 85

4.1 光波的干涉现象及叠加原理 85

4.2　波前分割法　杨氏双缝干涉 90

4.3 振幅分割法　楔形薄层的干涉和牛顿环 94

4.4　迈克耳孙干涉仪和马赫-曾德尔干涉仪 99

4.5 多光束叠加干涉及法布里-珀罗干涉仪 103

4.6　准单色光及面光源的干涉　迈克耳孙恒星干涉仪 107

第五章　光的衍射现象 115

5.1 光的衍射及惠更斯-菲涅耳原理 115

5.2　菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 125

5.3 夫琅禾费衍射：求解单缝、矩形孔、双缝及光栅的衍射 127

5.4　夫琅禾费衍射：求解圆孔的衍射 135

5.5　分辨率、分辨率极限及瑞利判据 137

5.6　夫琅禾费衍射与傅里叶变换 139

第六章 光波在界面及多层薄膜系统的反射和折射 142

6.1 电磁波跨越界面需要满足的边界条件 142

6.2 菲涅耳的反射和折射公式 145

6.3 菲涅耳公式讨论之一：光波在界面上反射的相位突变 148

6.4　菲涅耳公式讨论之二：布儒斯特定律 149

6.5 菲涅耳公式讨论之三：全反射产生倏逝波，古斯-亨兴效应 151

6.6 介质界面上的反射率和透射率 154

6.7　光波在金属界面上的反射和吸收 156

6.8　光波在涂有单层介质薄膜表面上的反射和透射 157

6.9 光波在涂有多层介质薄膜表面上的反射和透射——薄膜光学 162

6.10 一些典型光学膜系的结构及其反射率特性 165

6.11 关于选用膜系的考虑 174

第七章 晶体双折射现象 光波的偏振态及其检测 176

7.1 光在各向异性介质中传播的现象 176

7.2　光波偏振态的检测 波片的用途 183

7.3　对椭圆偏振光的分析　斯托克斯参数 193

7.4　对椭圆偏振态的另一种描述：琼斯矢量和琼斯矩阵 200

7.5 椭偏仪——椭圆偏振光在测定表面光学常量中的应用 201

第八章　光波在介质中传播的色散现象 光的散射 204

8.1 多色光波在介质中的传播 204

8.2　光与物质的相互作用 电偶极子振荡 207

8.3 金属材料中的自由电子振荡 208

8.4　介质材料对光波的吸收和色散　经典色散理论 210

8.5 电极化强度在光场作用下的行为 215

8.6　光的散射现象 216

第九章　光源和激光 221

9.1 固态物质的发光及辐射计量：辐射度学和光度学 221

9.2　热光源和黑体辐射源 224

9.3　原子、分子体系发光的微观机制 229

9.4　若干典型的发光体及其性质 237

9.5　激光光源的简要原理 242

9.6　常用的激光器及其特性 251

9.7　激光的特点及提高输出功率的技术 259

9.8　一些重要的激光应用 263

9.9　激光束的特点和传播 267

第十章　光探测器 271

10.1　光探测器的类别 271

10.2　光电效应探测器 272

10.3　多元阵列光敏探测器及电荷耦合器件 284

下篇　选读篇——加深光学基本概念的理解并走向前沿 289

第十一章 天文望远镜和显微镜的进展 289

11.1 近年来在天文望远镜方面的进展 289

11.2　适应光学在天文望远镜上发挥了作用 293

11.3　显微镜的进展和近年来的成就 294

11.4 突破衍射极限的近场探测 298

第十二章　傅里叶光学及全息照相术 301

12.1 光学图像的傅里叶变换及空间频率 301

12.2 空间频率的滤波 303

12.3　傅里叶变换与光学现象的对应 306

12.4　全息照相术 308

12.5　全息照相的实际装置 312

第十三章　衍射光学元件 315

13.1　衍射光学元件的含义 315

13.2　衍射光学元件的衍射效率 318

13.3　衍射光学元件的计算机设计简述 322

13.4　衍射光学元件的制备工艺简介 325

13.5　几种典型的衍射光学元件 328

第十四章　非线性光学 332

14.1　光学中的非线性现象 332

14.2　介质的光学非线性响应 334

14.3　光波在非线性介质中的传播 336

14.4　二阶光学非线性现象 338

14.5　三阶光学非线性效应 345

第十五章 极窄脉宽和极窄频宽的激光光谱学 频率梳光谱学 349

15.1 极窄脉宽激光器的研究进展 349

15.2　实验桌上的高功率窄脉冲激光器 351

15.3 高功率超短脉冲激光束的应用示例 355

15.4　极窄脉宽的精密激光光谱学和频率梳 356

第十六章 表面的光学研究和表面吸附分子的光学检测 363

16.1 表面光学研究的进展 等离子体激元及表面电磁耦合激元 363

16.2 表面等离子体激元及表面电磁耦合激元的形成和性质 365

16.3　表面电磁耦合激元的激励、衰减全反射现象 367

16.4　朗缪-勃络吉单分子层的检测 371

16.5 光学非线性效应对表面吸附分子的检测 373

第十七章 纳米光子学概述 377

17.1 纳米光子学的含义 377

17.2　纳米颗粒　金属纳米颗粒的特性和制备 378

17.3 等离子体激元学：光子学和电子学在纳米尺度下的汇合 380

17.4　光子晶体的结构和制备 382

17.5　光子晶体的光学特性 387

17.6　光子晶体光纤 388

第十八章 负折射率材料及其光学特性 390

18.1 负折射率材料的发现及现状 390

18.2　负折射率材料具有奇异的光学特性 392

18.3 负折射率材料可以隐藏物体而不被察觉 394

第十九章 光学相干性的量子理论简介 396

19.1 光的相干性及HBT效应 396

19.2　光学相干性的量子论述　量子光学 397

习题 400

附录　一些常用数据 417

索引 419