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目录 1

绪论 光本性认识简史 1

§0.1 17世纪中叶之前 1

§0.2 17世纪中叶至19世纪 光的微粒说和波动说 2

§0.3 20世纪 波粒二象性 7

第一章 光波的基本性质 10

§1.1 光的电磁理论基础 10

1.1.1 麦克斯韦方程组和物质方程 10

1.1.2 电磁波的波动微分方程 13

1.2.1 光波的分类 15

§1.2 光波的波函数 15

1.2.2 一维简谐波 16

1.2.3 三维简谐平面波 19

1.2.4 球面波 22

1.2.5 共轭光波 26

§1.3 平面电磁波的性质 28

1.3.1 电磁波的横波性质 28

1.3.2 电磁波的矢量性质 28

1.3.3 电场波和磁场波的关系 30

1.3.4 平面电磁波的能量传播特性 30

§1.4 电磁波在两种均匀各向同性透明媒质界面上的反射和折射 32

1.4.1 电磁场的边界条件 33

1.4.2 折、反射定律 34

1.4.3 菲涅耳公式 35

1.4.4 全反射的性质及其应用 41

习题 44

第二章 衍射和傅里叶光学的数理基础 51

§2.1 常用非初等函数 51

2.1.1 标准形式的一维非初等函数 51

2.1.2 一维非初等函数的一般形式 54

2.1.3 常用二维非初等函数 55

2.2.1 δ函数和梳状函数 58

§2.2 光学中常用的特殊函数 58

2.2.2 贝塞尔函数 63

§2.3 傅里叶变换的基本概念及运算 64

2.3.1 傅里叶级数及频谱的概念 64

2.3.2 一维傅里叶变换的定义和运算举例 66

2.3.3 广义傅里叶变换 67

2.3.4 二维傅里叶变换 69

§2.4 傅里叶变换的性质和有关定理 71

2.4.1 傅里叶变换的性质 71

2.4.2 傅里叶变换定理 72

2.5.1 平面波基元函数分析方法 75

§2.5 光波的傅里叶分析 75

2.5.2 复杂波的分解 76

习题 79

第三章 光的干涉 82

§3.1 干涉的基本理论 82

3.1.1 波的叠加原理 82

3.1.2 光波叠加综述 83

3.1.3 双光束干涉的基本条件 88

3.1.4 两个平面波的干涉 90

3.1.5 两个球面波的干涉 95

3.2.1 杨氏实验 98

§3.2 分波面干涉 98

3.2.2 光波的相干性 106

3.2.3 分波面干涉的应用 110

§3.3 分振幅干涉 112

3.3.1 干涉条纹的定域性质 113

3.3.2 平行平板的等倾干涉 114

3.3.3 楔形板和薄膜的等厚干涉 117

3.3.4 双臂式分振幅干涉仪及其应用 125

§3.4 多光束干涉 134

3.4.1 平行平板的多光束干涉 134

3.4.2 法布里—珀罗干涉仪及其条纹分布规律 136

3.4.3 法布里—珀罗干涉仪的应用 139

3.4.4 薄膜光学基础 143

习题 148

第四章 光的衍射 153

§4.1 标量衍射理论基础 153

4.1.1 衍射问题概述 153

4.1.2 惠更斯-菲涅耳原理 154

4.1.3 基尔霍夫衍射积分公式 155

4.1.4 菲涅耳衍射和夫琅和费衍射 158

4.1.5 一维孔径的衍射 160

4.1.6 在有限距离观察夫琅和费衍射的方法 161

§4.2 衍射和傅里叶变换 164

4.2.1 计算衍射问题的傅里叶变换方法 164

4.2.2 衍射问题的角谱分析方法 165

4.2.3 泰伯效应 168

§4.3 单孔的夫琅和费衍射 170

4.3.1 单缝的夫琅和费衍射 170

4.3.2 矩孔的夫琅和费衍射 174

4.3.3 圆孔的夫琅和费衍射 174

4.3.4 光学成像系统的分辩本领 178

4.3.5 特殊物体的夫琅和费衍射 181

4.3.6 夫琅和费衍射图形的性质 185

§4.4 衍射光栅 188

4.4.1 一维振幅光栅 188

4.4.2 二维振幅光栅 197

4.4.3 凹面光栅 198

4.4.4 位相光栅 201

4.4.5 三维光栅 207

§4.5 菲涅耳衍射 209

4.5.1 菲涅耳半波带法 210

4.5.2 菲涅耳波带板 214

4.5.3 菲涅耳积分法 219

习题 224

第五章 傅里叶光学 229

§5.1 光学傅里叶变换 229

5.1.1 薄透镜的位相变换因子 229

5.1.2 透镜的傅里叶变换性质 231

5.1.3 傅里叶变换运算的光学模拟 235

§5.2 光学系统的频谱分析 239

5.2.1 二维线性空间不变系统 239

5.2.2 光学系统的频域描述 传递函数 241

5.2.3 光学成像系统的相干传递函数 244

5.2.4 光学传递函数 249

5.2.5 相干与非相干成像系统的比较 255

§5.3 光学信息处理 256

5.3.1 早期的研究成果 257

5.3.2 复数空间滤波器的综合 259

5.3.3 光学图像识别 261

5.3.4 改善图像质量的相干光处理技术 267

5.3.5 非相干光学信息处理 270

§5.4 全息术 277

5.4.1 全息术的基本原理 277

5.4.2 平面全息图理论 280

5.4.3 体积全息图 291

5.4.4 计算机全息图 294

5.4.5 全息术的应用 300

习题 304

第六章 光的偏振及晶体光学基础 311

§6.1 光传播的各向异性过程及各向异性媒质 311

6.1.1 双折射现象及其启示 311

6.1.2 偏振光的应用价值 311

6.1.3 偏振的描述和分类 312

6.1.4 光波传播中的各向异性过程 315

6.1.5 偏振光的Jones矢量表示 317

6.2.1 晶体的光学各向异性及其描述 319

§6.2 晶体光学概述 319

6.2.2 晶体中的光波 325

6.2.3 平面光波在单轴晶体中的传播 326

6.2.4 光波在晶体界面上的折射和反射 329

6.2.5 旋光 335

§6.3 偏振光的产生、转换和检验 338

6.3.1 线偏振光的产生和检验 339

6.3.2 椭圆偏振光的产生和波片 345

6.3.3 椭圆偏振光的检验 356

6.4.2 平行偏振光干涉 358

6.4.1 概述 358

§6.4 偏振光的干涉 358

6.4.3 会聚偏振光干涉 361

§6.5 人为双折射 364

6.5.1 应力双折射——光弹性效应 364

6.5.2 电致双折射——电光效应 365

6.5.3 磁光效应 368

习题 370

第七章 量子光学基础 375

§7.1 光的量子性 375

7.1.1 辐射与能量子概念 375

7.1.2 光电效应与光量子概念 377

7.1.3 康普顿散射和光量子性的进一步证实 379

7.1.4 光的波粒二象性 380

§7.2 原子激发与发光的量子理论 381

7.2.1 α粒子散射和原子的核式结构 382

7.2.2 氢原子光谱和玻尔原子模型 382

7.2.3 量子力学和原子发光 385

7.2.4 光谱线的展宽 393

§7.3 激光和激光器 396

7.3.1 激活介质中的光放大 396

7.3.2 谐振腔中的光振荡 399

7.3.3 激光的速率方程理论 400

7.3.4 激光的模式 401

7.3.5 典型激光器 403

§7.4 现代光量子理论基础 409

7.4.1 矢量空间和线性算符 410

7.4.2 一维谐振子 412

7.4.3 电磁场的量子化 415

7.4.4 相干光子态 418

7.4.5 密度算符和量子分布 421

7.4.6 光子光学简介 425

习题 427

参考文献 430