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绪 论 1

目录 1

4.4.1光驻波 （11 5

习 题 5

第一章 光学成象的几何理论 7

§1 点光源，物与象 7

1.1.1点光源光线的概念 7

4.3.3位相跃变的实验 （1 8

1.1.2同心光束与球面波 8

1.1.3物与象 8

§2 光在单球面上的折射成象 9

1.2.1符号规则 9

1.2.2近轴光线的概念 10

1.2.4焦点、焦距、焦面、光焦度 11

1.2.3成象的基本公式 11

1.2.5小物体的象及放大率 13

1.2.6正弦条件和拉格郎日不变式 13

§3 共轴球面系统成象的逐次计算，薄透镜 14

1.3.1共轴球面系统成象的逐次计算 14

1.3.2薄透镜 15

§4 共轴球面系统的基点，厚透镜，透镜的组合 20

1.4.1共轴球面系统的基点 20

4.5.3等倾干涉 （1 20

1.4.2透镜的组合 23

1.4.3厚透镜 25

1.5.1球面反射镜 28

§5 反射镜 28

1.5.2平面反射镜 30

1.5.3非球面反射镜 31

§6 全反射，纤维光学 31

1.6.1 （内）全反射 31

1.6.2全反射棱镜 32

1.6.3纤维光学 32

§7光栏 34

1.7.1光栏的概念 34

1.7.2有效光栏，入射光瞳，出射光瞳 35

1.7.3视场光栏，入射窗，出射窗 36

§8 透镜和反射镜的象差 36

1.8.1单色象差 36

1.8.2 色差 40

§9 辐射度量学和光度学的基本概念 42

1.9.1辐射度量学的基本概念 42

1.9.2光度学的基本概念 43

§10通过光学系统的光通量，象的亮度和照度 45

1.10.1通过光学系统的光通量 45

1.10.2象的亮度 46

1.10.3象的照度 46

习 题 47

第二章 典型光学仪器的原理 51

§1 眼的构造的作用 51

§2 照相记录 53

2.2.1照相机、照相物镜、变焦距照相物镜 53

2.2.2照相乳剂 55

2.3.1放大镜 56

§3 放大镜，显微镜，望远镜及目镜 56

2.3.2显微镜 57

2.3.3望远镜 58

2.3.4目镜 60

§4 成象仪器的分辨率 61

§5 棱镜光谱仪 63

2.5.1棱镜光谱仪的结构和作用原理 64

2.5.2棱镜的最小偏向角 65

2.5.3棱镜光谱仪的工作光谱区和色散率 66

习 题 69

第三章 光辐射的经典模型，光的频率、强度和偏振状态 71

§1 光辐射的经典模型 72

3.1.1孤立静止原子的辐射，球面波与平面波 72

3.1.2波的参量 74

3.1.3辐射场的能量密度和能流密度 75

3.1.4波的复数表示法 76

§2 辐射的阻尼，准单色光波 77

3.2.1辐射的阻尼 77

3.2.2付里叶变换 79

3.2.3谱线的自然宽度，准单色光波 82

§3 谱线的加宽，振子的连续频率辐射 83

3.3.1碰撞变宽（压力变宽） 83

3.3.2多普勒变宽 85

3.3.3振子的连续频率辐射 87

3.4.1光的强度 88

§4 光的强度（辐照度），光程 88

3.4.2光程 89

§5 光的偏振状态 89

3.5.1直线（平面）偏振光， 90

3.5.2椭园偏振光和园偏振光 91

3.5.3自然光和部分偏振光 91

习 题 92

附录3.1波的复数表示 94

附录3.2阻尼振子的运动方程 95

附录3.3付里叶级数系数的推导 96

附录3.4付里叶级数的复数表示法 97

附录3.5非周期函数的付里叶积分 98

4.1.1波的迭加 100

第四章 光的干涉 100

§1 相干性的基本概念 100

4.1.2 相干迭加与非相干迭加 101

4.1.4光学中相干波的产生 103

4.1.3点光源是相干光源 103

4.1.5光程差与位相差 104

§2 单色点光源的双光束干涉图样，干涉场的能量守恒 105

4.2.1单色点光源的双光束干涉图样 105

4.2.2干涉场的强度分布与能量守恒 107

§3 淮单色扩展光源的干涉，部分相干光，时间相干性与空间相干性 108

4.3.1淮单色点光源的干涉，时间相干性 110

4.3.2扩展光源的干涉，空间相干性 112

§4 光驻波，维纳实验 115

4.4.2维纳实验 116

§5 薄膜与厚板（等厚和等倾）的干涉……………………………………（117 ）4.5.1单色点光源的干涉 117

4.5.2淮单色扩展光源的干涉，干涉条纹的定域 118

4.5.4等厚干涉 122

4.5.5透射光的干涉 123

§6 迈克耳孙干涉仪，长度基准，激光比长仪 123

4.6.1迈克耳孙干涉仪 123

4.6.2长度基准 125

4.6.3激光比长仪 126

§7 多光束的干涉，法布里——珀罗干涉仪 126

4.7.1多光束的干涉 126

4.7.2法布里——珀罗干涉仪 129

4.7.3法布里——珀罗干涉仪的特征参量 130

习 题 133

第五章 光的衍射 142

§1 惠根斯——菲涅耳原理 143

5.1.1 惠根斯—菲涅耳原理 143

5.1.2半波带法 145

§2 菲涅耳衍射 147

5.2.1园孔的菲涅耳衍射 147

5.2.2园屏的菲涅耳衍射 148

5.2.3互补光栏，巴俾涅原理 149

5.2.4波带片 149

5.2.5光的直进性和衍射现象产生的条件 150

5.2.6基尔霍夫衍射积分 151

§3 夫琅和费衍射 151

5.3.1单缝的夫琅和费衍射 153

5.3.2夫琅和费衍射场与光瞳函数的付里叶变换 155

5.3.3园孔的夫琅和费衍射 157

5.3.4行波束的角宽度 158

§4 衍射光栅 159

5.4.1平面透射光栅 159

5.4.2光栅的自由光谱范围、色散率、分辨率、棱镜光谱仪的 163

分辨率 163

5.4.3闪跃光栅，光栅光谱仪 166

5.4.4二维光栅和三维光栅的衍射 169

§5 全息术 169

§6 空间滤波和光学信息处理 174

5.6.1光学成象的付里叶变换与空间频率 174

5.6.2相干光学计算机和空间滤波 175

5.6.3相衬法和暗场法 178

5.6.4软边法（切趾术） 180

习 题 182

第六章 光在各向同性媒质中的传播 187

§1 平面光波在两种透明电介质交界面上的反射和折射 190

6.1.1反射与折射时光学现象的分子光学解释 192

6.1.2反射与折射的宏观电磁理论 193

§2 光的散射 199

6.2.1纯净媒质的分子散射 199

6.2.2浑浊媒质的散射 202

6.2.3拉曼散射（联合散射） 203

§3 光的吸收 204

§4 光的色散 207

6.4.1色散现象 207

6.4.2色散的经典理论解释 208

§5 金属的光学性质 211

§6 薄膜光学 213

6.6.1单层介质膜的光学性质 213

6.6.2多层介质高反膜 215

6.6.3干涉滤光片 216

习 题 218

附录6.1反射定律、折射定律、菲涅耳公式的推导 221

附录6.2相干散射的光强度 224

第七章 光在各向异性媒质中的传播 226

§1 双折射 227

7.1.1双折射现象 227

7.1.2双折射的物理解释 228

§2 线偏振器，二向色性 233

7.2.1双折射线偏振器 234

7.2.2二向色性与人造偏振片 235

§3 光振动矢量互相垂直的两直线偏振光的干涉，推迟器 235

7.3.1 自然光中光振动矢量互相垂直的两直线偏振光的相 235

互作用 235

振光的干涉，推迟器 236

7.3.2 同一偏振光分解的光振动矢量互相垂直的两直线偏 236

§4 园偏振器，偏振光的检验，补偿器 238

7.4.1 园偏振器 238

7.4.2偏振光的检验 239

7.4.3补偿器 240

§5 光振动矢量互相平行的两直线偏振光的干涉，显色偏振 240

7.5.1 正交（相互垂直）线偏振器产生的干涉 241

7.5.2平行线偏振器产生的干涉 242

§6 外场力作用下形成的各向异性 243

7.6.1弹光效应 243

7.6.2电光效应 244

7.6.3磁场中的双折射 247

§7 旋光，法拉弟效应 247

7.7.2旋光的菲涅耳解释 248

§8 非线性光学 250

习题 253

§1 光速的测定方法 257

第八章 光的速度 257

8.1.1 由木星卫星的蚀测定光速 257

8.1.2恒星的光行差 258

7.7.3法拉弟效应 259

8.1.3齿轮法 260

8.1.4旋转镜法 260

8.1.5克尔盒法 261

8.1.6光速的精确值及其意义 262

8.1.7运动媒质中光的速度，菲涅耳的以太漂移学说 262

§2 相速度和群速度 264

§3 在相对运动的惯性系中的光速 266

§4 狭义相对论原理 273

8.5.2菲索实验，菲涅耳以太漂移学说的解释 277

8.5.1光行差的解释 277

§5 狭义相对论对相互运动的惯性系中光学现象的解释 277

8.5.3纵向多普勒效应的解释 278

7.7.1晶体与液体中的旋光现象 278

习 题 281

附录8.1 洛伦兹变换公式的推导 284

第九章 黑体辐射和光量子理论 285

§1 黑体辐射 285

9.1.1 热辐射，单色辐射度和单色吸收率,基尔霍夫定律 285

9.1.2黑体的辐射定律 286

9.1.3黑体辐射定律的经典理论解释 287

9.1.4 黑体辐射的量子理论 289

§2 光电效应 291

9.2.1光电效应的实验定律 291

9.2.2 光电效应的实验定律与光的波动理论的矛盾 293

9.2.3 光的量子理论，爱因斯坦光电效应方程式 294

9.2.4光子的能量，质量，动量和角动量 295

§3 康普顿效应 295

§4光压 299

§5 粒子和波 300

习题 303

附录9.1黑体腔中辐射场模数的计算 305

附录9.2 Mλ=c/4ωλ的证明 306

第十章 激光 308

§1 原子分子的光谱与原子分子的能级 308

§2 光的自发辐射，受激吸收和受激辐射 313

§3 粒子数的反转分布与激活媒质 317

§4谐振腔 320

§5 激光的纵模和横模 323

习题 327

§6 相对论力学简介 379