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绪论 1

0.1 光学及其研究内容 1

0.2 光学发展史 1

0.3 学习方法 3

第1章 几何光学 4

1.1 几何光学的基本概念和基本定律 4

1.1.1 光源、光波与光线的概念 4

1.1.2 光线传播的基本定律 4

1.1.3 全反射 6

1.1.4 折射棱镜 8

1.2 惠更斯原理 9

1.2.1 惠更斯原理的物理表述 10

1.2.2 对光的反射和折射定律的解释 10

1.3 费马原理 11

1.3.1 光程的概念 12

1.3.2 费马原理的表述 12

1.3.3 费马原理对几何光学传播定律的验证 13

1.4 光学成像的基本概念 14

1.4.1 光束、光具组、像与物 14

1.4.2 物方和像方、理想光具组、物与像的共轭性 15

1.4.3 等光程性、等光程面 16

1.5 共轴球面组的成像规律 16

1.5.1 单球面的折射规律 16

1.5.2 傍轴光线的成像规律 18

1.5.3 傍轴物点的成像规律和横向放大率 20

1.5.4 多球面逐次成像 21

1.6 透镜及其成像规律 22

1.6.1 薄透镜焦距公式 22

1.6.2 成像公式——高斯公式和牛顿公式 23

1.6.3 薄透镜成像的作图法 25

1.6.4 共轴透镜组成像 26

1.7 光学成像仪器 28

1.7.1 眼睛的构造和成像机能 28

1.7.2 放大镜和目镜 30

1.7.3 显微镜 30

1.7.4 望远镜 32

1.7.5 照相机 33

1.7.6 投影仪 34

1.8 光度学和光阑 35

1.8.1 光度学简介 35

1.8.2 辐射通量和光通量 36

1.8.3 发光强度 37

1.8.4 照度 37

1.8.5 亮度 38

1.8.6 光阑 39

1.9 像差 40

1.9.1 球差 40

1.9.2 彗差 41

1.9.3 像散和场曲 41

1.9.4 畸变 42

1.9.5 色像差 42

习题 43

第2章 光的波动概念和描述 46

2.1 描述光波的基本参数 46

2.2 光速和光强 47

2.3 光波的基本分类及其数学描述 48

2.3.1 平面波的数学描述 49

2.3.2 球面波的数学描述 50

2.3.3 共轭光波及光强的复振幅表示 51

2.4 波前函数 51

习题 53

第3章 光的偏振 54

3.1 光波的偏振态 54

3.1.1 偏振片 54

3.1.2 自然光 54

3.1.3 线偏振光 55

3.1.4 马吕斯定律 56

3.1.5 部分偏振光 56

3.1.6 圆偏振光 57

3.1.7 椭圆偏振光 58

3.2 完全偏振光的琼斯矩阵表示 61

3.2.1 琼斯矢量 61

3.2.2 偏振光的琼斯矩阵表示 62

3.3 立体视觉与立体电影 63

3.3.1 立体视觉 63

3.3.2 立体电影 63

习题 64

第4章 光波在界面的反射和折射规律 65

4.1 入射、反射和折射光的光矢量的分解 65

4.2 菲涅耳反射和折射公式 65

4.3 光在界面反射时的相位跃变——半波损失 66

4.4 光在介质界面传播时偏振态的变化——布儒斯特角 68

4.5 几种典型情况下反射光的相位变化 69

4.5.1 正入射 69

4.5.2 掠入射 69

4.5.3 全反射 70

4.5.4 光在多层介质界面的反射和折射 70

4.6 光强和能流的反射率和透射率 71

4.7 斯托克斯倒逆关系 73

习题 73

第5章 光的干涉 75

5.1 波的叠加原理 75

5.2 波的相干叠加和非相干叠加 76

5.2.1 波的干涉 76

5.2.2 相干叠加 76

5.3 光波的相干条件 77

5.4 两个理想点光源的干涉 78

5.5 杨氏干涉 79

5.6 干涉条纹的反衬度 82

5.7 分波前干涉 83

5.7.1 菲涅耳双面镜 83

5.7.2 菲涅耳双棱镜 83

5.7.3 劳埃德镜 84

5.8 分振幅干涉 84

5.8.1 等倾干涉 84

5.8.2 等倾干涉条纹的特点 85

5.8.3 等厚干涉 86

5.8.4 楔形薄膜的等厚条纹——劈尖干涉 87

5.8.5 牛顿环 89

5.8.6 增透膜和增反膜 90

5.8.7 迈克尔逊干涉仪 91

5.8.8 光场的时空相干性 92

5.8.9 多光束干涉-法布里-珀罗干涉仪 96

习题 101

第6章 光的衍射 104

6.1 衍射现象 104

6.2 光的衍射及其分类 104

6.3 衍射的特点 105

6.4 惠更斯-菲涅耳原理 106

6.5 菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式 107

6.6 衍射的巴比涅原理 108

6.7 菲涅耳衍射 109

6.8 矢量图解法 112

6.9 菲涅耳波带片 113

6.10 夫琅禾费单缝衍射 115

6.10.1 利用振动矢量图法求解单缝夫琅禾费衍射的光强分布 115

6.10.2 利用菲涅耳-夫琅禾费衍射积分公式求解单缝夫琅禾费衍射的光强分布 116

6.10.3 夫琅禾费单缝衍射的光强分布特点 117

6.11 夫琅禾费矩孔衍射 119

6.12 夫琅禾费圆孔衍射以及光学仪器的分辨本领 120

6.12.1 夫琅禾费圆孔衍射 120

6.12.2 光学仪器的分辨本领 121

习题 126

第7章 衍射光栅 128

7.1 夫琅禾费多缝衍射 128

7.1.1 多缝衍射的强度分布 128

7.1.2 缝间干涉引起的光场分布 129

7.2 衍射光栅 133

7.2.1 光栅光谱的形成原理 133

7.2.2 光栅光谱的谱线宽度 134

7.2.3 光栅的色散本领 134

7.2.4 光栅的色分辨本领 135

7.2.5 光栅的自由光谱范围 136

7.3 闪耀光栅 136

7.4 全息技术基础 138

7.4.1 全息技术发展历史简述 139

7.4.2 波前记录与再现 140

7.4.3 全息照相的特点 143

7.4.4 全息图的分类 144

习题 145

第8章 晶体光学 147

8.1 双折射现象 147

8.1.1 晶体的光轴 147

8.1.2 晶体中光波的偏振 148

8.2 晶体中光波的波面 149

8.2.1 主折射率、正晶体和负晶体 149

8.2.2 晶体中的波面 150

8.3 利用惠更斯作图法确定o光和e光的传播方向 150

8.3.1 光在主截面内的斜入射 151

8.3.2 光在主截面内的垂直入射 151

8.3.3 光在垂直于光轴的平面内的斜入射 152

8.4 晶体光学器件 152

8.4.1 晶体偏振片 152

8.4.2 偏光棱镜 153

8.4.3 偏光分束棱镜 154

8.4.4 波晶片——偏振态的改变 155

8.4.5 补偿器 157

8.5 偏振光的检验 158

8.5.1 自然光和圆偏振光的甄别 158

8.5.2 部分偏振光和椭圆偏振光的甄别 158

8.6 偏振光的干涉 159

8.6.1 偏振片的相对位置引起的附加相位差 159

8.6.2 δ′=δ时偏振光的干涉 160

8.6.3 δ′=δ＋π时偏振光的干涉 161

8.6.4 出现干涉条纹的偏振光干涉 161

8.7 电光效应 162

8.7.1 克尔效应 162

8.7.2 泡克耳斯效应 163

8.8 旋光性 164

8.8.1 晶体的旋光 164

8.8.2 液体的旋光 165

8.8.3 对旋光现象的解释 165

8.8.4 磁致旋光 166

习题 167

第9章 光波与介质的相互作用 169

9.1 光与物质相互作用的经典理论 169

9.2 光的色散 172

9.2.1 色散的观测 172

9.2.2 正常色散 172

9.2.3 反常色散 173

9.3 光的吸收 174

9.4 光的散射 175

9.4.1 光的散射现象 175

9.4.2 瑞利散射 176

9.4.3 米氏散射 177

9.4.4 拉曼散射 178

习题 181

附录 182

附录A 常用物理常数 182

附录B 折射率表 182

附录C 常用光源的典型谱线和波长 185

附录D 几种物质的旋光度率 185

附录E 显微镜的物镜和目镜 185

附录F 光度学单位换算表 186

附录G 典型光学玻璃的色散 187

参考文献 188