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绪论 1

1．光学的研究对象、地位和特点 1

2．光的本性 1

3．现代光学的主要标志 4

4．光学的发展趋势——光子学 5

第1章　光波、光线与光子 8

1.1　光的波动性质 8

1.1.1　波动的实质 8

1.1.2　波动的基本特征量 8

1.1.3　波动的描述 9

1.1.4　纵波与横波 13

1.1.5　光的波动性 14

1.1.6　光波的电磁性质 14

1.2.1　光传播的直线性、独立性和可逆性 16

1.2　光线与光传播的几何描述 16

1.2.2　反射和折射定律 17

1.2.3　全反射原理 18

1.2.4　光纤的基本结构特性 21

1.2.5　棱镜及其应用 23

1.2.6　光程与费马原理 27

1.3 自然光与偏振光 29

1.3.1　完全偏振光 30

1.3.2 自然光 31

1.3.3　部分偏振光 32

1.3.4 自然光在两种电介质分界面上的反射和折射　菲涅耳公式 33

1.3.5　斯托克斯倒易关系 35

1.3.6　布儒斯特定律 35

1.3.7　马吕斯定律 38

1.3.8　反射光与透射光的半波损失（相位突变） 38

1.3.9　反射光与透射光的能量分配 40

1.4.1　光源与光辐射 41

1.4　光辐射与光度学 41

1.4.2　辐射度学与光度学 43

1.4.3　辐射能通量与光通量 43

1.4.4　发光强度与光亮度 46

1.4.5　光照度 48

1.4.6　色度与三基（原）色 49

1.4.7　光度学基本量的单位 51

1.5　光波场的量子性 52

1.5.1　黑体辐射 52

1.5.2　光电效应 57

1.5.3　康普顿效应 60

1.6　光的波粒二象性 62

1.6.1　光波与光子的对立统一 62

1.6.2　德布罗意方程 63

习题 64

1.6.3　对光的本性的再认识 64

讨论思考题 67

第2章　光学成像的几何学原理 70

2.1 几何光学成像的基本概念 70

2.2 光在单个球面上的折射与成像 73

2.2.1　基本概念和符号规则 73

2.2.2　光在单个球面上的折射，同心性的破坏 74

2.2.3　轴上物点的傍轴光线成像 74

2.2.5　牛顿物像公式 76

2.2.4　高斯物像公式 76

2.2.6　光在单个球面上的反射成像 77

2.2.7　光在单个平面上的折射、反射成像 77

2.2.8　离轴物点的傍轴光线成像 78

2.2.9　成像放大率 80

2.2.10　亥姆霍兹公式与拉格朗日-亥姆霍兹定理 82

2.3 共轴球面组的傍轴成像　透镜 82

2.3.1　共轴球面组的傍轴成像 82

2.3.2　透镜及其分类 83

2.3.3　厚透镜的成像特性 84

2.3.4　薄透镜的成像特性 84

2.3.5　自聚焦透镜及其成像特性 87

2.4　理想光具组理论 88

2.4.1　理想光具组 88

2.4.2　理想光具组的基点和基面 89

2.4.3　焦点、主点、节点间的位置关系 91

2.4.4　理想光具组成像的几何作图法 93

2.4.5　共轴球面组的基点基面 93

2.5　像差 98

2.5.1　单色像差及其消除 99

2.5.2　色像差及其消除 103

2.6 光阑 104

2.6.1　孔径光阑、入射光瞳、出射光瞳 104

2.6.2　视场光阑、入射窗、出射窗 106

2.6.3　像的亮度和照度 108

2.7　几何光学仪器原理 110

2.7.1　成像仪器 110

2.7.2　眼睛及助视仪器 113

2.7.3　简单放大镜 116

2.7.4 目镜 118

2.7.5　显微镜 119

2.7.6　望远镜 121

2.7.7　激光扩束器 123

2.7.8　分光仪器 123

习题 125

讨论思考题 129

第3章　光的干涉与相干性 132

3.1 波前　傍轴条件与远场条件 132

3.1.1　波前的概念 132

3.1.2　同轴球面波的傍轴条件与远场条件 134

3.1.3　离轴球面波的傍轴条件与远场条件 135

3.2 波动叠加与光的干涉 137

3.2.1　波动的独立性、叠加性及相干性 137

3.2.2　光的相干条件 140

3.2.3　双光束干涉及干涉条件 141

3.2.4　两束平面波的干涉 142

3.2.5　多光束干涉及干涉条件 144

3.2.6　获得相干光波的方法 147

3.3　分波前干涉　光场的空间相干性 147

3.3.1 杨氏双孔干涉实验 147

3.3.2　光源宽度对干涉条纹图样的影响 150

3.3.3　光场的空间相干性 154

3.3.4　其他分波前干涉实验 155

3.4　分振幅干涉（薄膜干涉） 158

3.4.1　光波经薄膜层的反射和透射 158

3.4.2　总光程差与总相位差 159

3.4.3　干涉条件 161

3.4.4　等倾干涉 162

3.4.5　等厚干涉 163

3.4.6　定域干涉与非定域干涉 168

3.4.7　复色光或白光照明下的薄膜干涉 169

3.5 迈克耳孙干涉仪 光场的时间相干性 172

3.5.1　迈克耳孙干涉仪的结构 172

3.5.2　干涉条纹特点 173

3.5.3　光源的非单色性对干涉图样衬比度的影响 174

3.5.4　光场的时间相干性 178

3.5.5　时间相干性与空间相干性之比较 179

3.6 法布里-珀罗干涉仪 179

3.6.1　干涉仪结构 179

3.6.2　干涉图样特点 180

3.6.3　法布里-珀罗干涉仪的应用 183

3.7.2　傅里叶变换干涉仪 186

3.7 其他干涉仪 186

3.7.1　泰曼-格林干涉仪 186

3.7.3　马赫-曾德干涉仪 188

3.7.4　塞纳克干涉仪 188

习题 189

讨论思考题 192

第4章　光的衍射与变换 195

4.1 衍射现象及其数学描述 195

4.1.1　光的衍射现象 195

4.1.2　惠更斯原理 196

4.1.3　惠更斯-菲涅耳原理 197

4.1.4　菲涅耳-基尔霍夫衍射积分 199

4.1.5　巴俾涅原理 199

4.1.6　衍射现象的分类 200

4.2.1　圆孔的菲涅耳衍射 202

4.2　菲涅耳衍射 202

4.2.2　圆盘的菲涅耳衍射 209

4.2.3　直边及单缝的菲涅耳衍射 210

4.2.4　任意形状屏的菲涅耳衍射 211

4.3 夫琅禾费衍射 212

4.3.1　夫琅禾费衍射图样的观察 212

4.3.2　单缝的夫琅禾费衍射 214

4.3.3　矩形孔的夫琅禾费衍射 218

4.3.4　圆孔的夫琅禾费衍射 219

4.3.5　双缝或双孔的夫琅禾费衍射 222

4.4　衍射光栅 224

4.4.1　光栅及其结构特点 224

4.4.2　朗琴光栅的夫琅禾费衍射 225

4.4.3　闪耀光栅 232

4.4.4　正弦光栅的夫琅禾费衍射 233

4.4.5　体光栅的布拉格衍射 234

4.4.6　光栅的云纹效应 235

4.4.7　塔耳博特效应 236

4.5　衍射光场的分解与傅里叶变换 238

4.5.1　衍射光场的傅里叶分解 238

4.5.2　二维傅里叶变换的基本性质 239

4.5.3　夫琅禾费衍射的再讨论 241

4.5.4　菲涅耳衍射的再讨论 242

4.5.5　干涉与衍射的区别和联系 242

习题 243

讨论思考题 245

第5章　光学成像的波动学原理 247

5.1 阿贝成像原理与空间滤波 247

5.1.1　阿贝成像原理 247

5.1.3　空间滤波与光信息处理 249

5.1.4　阿贝-波特实验 249

5.1.2　阿贝成像原理的傅里叶描述 249

5.1.5　空间滤波的应用 251

5.2　全息成像 253

5.2.1 光学成像的平面性与空间立体性 253

5.2.2　全息照相原理 255

5.2.3　全息图的分类与制作方法 257

5.3 菲涅耳波带片与全息透镜 261

5.3.1　菲涅耳波带片及其成像特性 261

5.3.2　全息透镜及其成像特性 265

5.3.3　针孔、针头反射镜及圆盘的成像特性 266

5.4 光学仪器的分辨本领 267

5.4.1　衍射受限系统的成像特点 267

5.4.2　瑞利判据 269

5.4.3　成像仪器的分辨本领 270

5.4.4　眼睛及助视仪器的分辨本领 271

5.4.5　分光仪器的分辨本领 272

讨论思考题 274

习题 274

第6章　光的双折射与光调制 276

6.1 晶体的双折射现象 276

6.1.1　晶体的结构特征 276

6.1.2　双折射现象 277

6.1.3　双折射现象的理论解释 280

6.2 晶体光学器件 286

6.2.1　起偏与检偏器件 286

6.2.2　相位延迟器件——波片 290

6.3 椭圆偏振光的获得与检验 293

6.3.1 正交振动的平面偏振光的合成 293

6.3.2　椭圆偏振光的获得 295

6.3.3　椭圆偏振光的检验 297

6.4　偏振光的干涉 298

6.4.1　平面偏振光的干涉 298

6.4.2 平行偏振光的干涉 299

6.4.3　会聚偏振光的干涉 303

6.5 场致双折射现象及其应用 305

6.5.1　应力光学效应——光弹性效应 305

6.5.2　电光效应 306

6.5.3　磁光克尔效应 307

6.6　旋光效应与圆双折射 307

6.6.1　旋光现象 307

6.6.2　旋光现象的解释——菲涅耳假设 308

6.6.3　磁致旋光效应——法拉第效应 311

6.6.4　法拉第效应的应用 311

习题 313

讨论思考题 314

第7章　光的吸收、色散及散射 315

7.1 光的吸收 315

7.1.1　吸收定律 315

7.1.2　介质吸收的特点 316

7.1.3　吸收的起因 317

7.1.4 吸收光谱及其应用 318

7.2　光的色散与群速度 320

7.2.1　色散的概念 320

7.2.2　色散现象的观察 320

7.2.3　色散曲线的特征 322

7.2.4　色散现象的理论解释 323

7.2.5　群速度 324

7.3　光的散射 327

7.3.1　散射的一般概念 327

7.3.2　瑞利散射 329

7.3.3　米氏散射 330

7.3.4　拉曼散射与布里渊散射 330

习题 331

讨论思考题 332

8.1.1　原子能级及粒子数布居 333

第8章　激光基础 333

8.1 自发辐射与受激辐射 333

8.1.2 自发辐射、受激辐射和受激吸收 334

8.1.3　爱因斯坦公式 335

8.1.4　粒子数布居反转与光放大 336

8.1.5　能级寿命 336

8.2　激光的产生与激光器 337

8.2.1　激光器的基本结构 337

8.2.2　激光介质中粒子数布居反转的实现 339

8.2.3　增益系数及阈值条件 340

8.2.4　辐射线宽 340

8.2.5　激光的纵模和横模 341

8.2.6　几种典型的激光器 343

习题 346

习题参考答案 347

汉英光学名词索引 352