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序言 1

第一章 光的电磁场理论 1

1.1 电磁场 1

1.麦克斯韦方程组 边界条件 1

2.物质方程 3

3.电磁场的能量定理 4

4.电磁场理论的完备性 7

1.2 波动方程 光速 麦克斯韦公式 10

1.3 标量波动方程 13

1.平面波 13

2.球面波 15

3.平面谐波 16

4.相速和群速 18

1.4 光的矢量性 22

1.一般平面电磁波 22

2.平面谐电磁波 偏振态 24

1.5 平面波的反射和折射 28

1.反射和折射定律 28

2.菲涅耳公式 33

3.反射下的相变 关于半波损失问题 40

4.全反射时的瞬逝波 古斯-汉欣效应 43

习题 49

第二章 电偶极子的场 极化和色散理论 51

2.1 引言 51

2.2 电偶极子的场 51

1.矢势和标势 51

2.推迟势 55

3.赫兹矢量 60

4.电偶极子的场 61

2.3 介质极化的基本理论 65

1.极化率 65

2.有效场 66

3.罗仑兹-罗仑茨公式 69

2.4 色散的基本理论 73

1.罗仑兹色散模型 73

2.亥姆霍兹方程 塞耳迈尔和科希公式 79

习题 80

第三章 几何光学的基本原理 82

3.1 几何光学近似 82

3.2 光程函数方程 82

3.3 光线和光线方程 85

3.4 光线的微分方程及其应用 90

3.5 自聚焦光纤 自聚焦棒透镜 96

3.6 光矢量表述的反射和折射定律 100

3.7 几何光学的其他基本原理 102

习题 104

第四章 光学成像的几何理论 106

4.1 引言 106

4.2 哈密顿特征函数和光程函数 106

1.点特征函数 107

2.混合特征函数 110

3.角特征函数 114

4.折射球面的角特征函数的近似形式 116

5.反射球面的角特征函数的近似形式 122

4.3 无像散成像 理想成像 124

1.绝对仪器的成像定理 125

2.绝对仪器的例子——“鱼眼” 133

3.面的理想成像 136

4.4 理想光学系统理论——高斯光学 138

1.基点 基面 放大率 138

2.光学系统的分类 144

3.组合光组 146

4.5 球面和透镜 150

1.折射球面 150

3.厚透镜 154

2.反射球面 154

4.薄透镜 158

5.拉格朗日-亥姆 霍兹 公式 160

4.6 广角光束的无像散成像 162

1.正弦条件 164

2.赫歇尔条件 166

4.7 色差 167

4.8 光阑和光瞳 173

4.9 光线追迹 175

1.斜子午光线追迹 176

2.近轴光线追迹 179

习题 181

第五章 像差的几何理论 183

5.1 引言 183

5.2 波像差和光线像差 像差函数 184

5.3 赛德耳变量 微扰程函 189

5.4 五种初级像差 195

5.5 初级像差的相加定理 205

5.6 一般共轴透镜系统的初级像差 208

1.用两条近轴光线来表示的赛德耳公式 208

2.用一条近轴光线来表示的赛德耳公式 215

5.7 一个薄透镜的初级像差 217

5.8 共轴透镜系统的色差 221

5.9 双胶合透镜的设计 225

1.单薄透镜的基本像差参量 226

2.双胶合薄透镜的基本像差参量 233

习题 244

第六章 干涉理论基础 245

6.1 引言 245

6.2 两束单色波的干涉 246

6.3 双光束干涉 分波法 250

1.杨氏实验 250

2.菲涅耳双面镜和其他类似装置 252

3.准单色光与白光 255

6.4 缝光源 干涉条纹的可见度 256

6.5 迈克耳逊星球干涉仪 259

6.6 驻波 266

6.7 双光束干涉 分幅法 272

1.平行平面板的干涉条纹 等倾干涉 272

2.薄膜的等厚干涉 牛顿环 274

3.条纹的定域 277

4.迈克耳逊干涉仪 284

5.光纤旋转传感器——光纤陀螺 285

6.相干长度和相干时间 部分相干光 288

1.平行平面板的多光束干涉条纹 294

6.8 多光束干涉 294

2.法布里-珀罗干涉仪分辨率 302

6.9 多光束干涉的矩阵处理——多层介质膜理论干涉滤光片 310

习题 321

第七章 衍射理论基础 326

7.1 引言 326

7.2 惠更斯-菲涅耳原理 327

7.3 基尔霍夫衍射理论 334

7.4 夫琅和费衍射 346

1.矩孔和狭缝 346

2.圆孔 349

3.其他形式的孔 353

7.5 衍射光栅 356

1.衍射光栅原理 356

2.闪烁光栅 阶梯光栅 364

7.6 菲涅耳衍射 367

1.菲涅耳圆孔衍射 波带片 367

2.直边菲涅耳衍射 369

7.7 傅立叶变换在衍射上的应用 空间滤波 相衬显微镜 375

7.8 光学成像系统的频谱分析 光学传递函数 381

7.9 全息术 394

习题 397

第八章 晶体光学 400

8.1 引言 400

8.2 各向异性介质的张量描述 400

8.3 相速度和光线速度 404

8.4 光在晶体中传播的菲涅耳公式 对偶规则 407

8.5 决定传播速度和振动方向的作图法 411

8.6 晶体的光学分类 416

8.7 光在单轴晶体中的传播 离散角公式 418

8.8 光在双轴晶体中的传播 423

8.9 晶体的双折射 锥形折射 426

8.10 尼科耳棱镜和格兰棱镜 λ/4波片 431

8.11 用晶片产生的干涉图 437

8.12 应力双折射 441

8.13 电光效应 电光开关 445

8.14 磁光效应 双稳态磁光开关 448

习题 453

第九章 光放大原理和激光器 455

9.1 引言 455

9.2 黑体辐射腔内的模 普朗克公式 456

9.3 爱因斯坦的热辐射理论 受激辐射 459

9.4 光谱线的宽度 463

9.5 光在激活介质中的放大 增益曲线 468

9.6 光学共振腔的模式理论 470

9.7 激光振荡的阈值条件 选模 477

9.8 Q突变和锁模技术 481

9.9 各种激光器 484

1.气体激光器 484

2.固体激光器 486

3.染料激光器 488

4.半导体激光器 488

5.新型激光器的进展 491

习题 493

10.1 引言 495

第十章 非线性光学理论基础 495

10.2 非线性介质的张量描述 498

10.3 有效极化率 503

10.4 耦合振幅方程 505

10.5 位相匹配 512

10.6 倍频和参量振荡 518

10.7 受激拉曼散射 524

10.8 光位相共轭原理及其应用 526

习题 532

参考文献 532