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第一章 几何光学 1

1—1 几何光学的基本原理 1

一、光源光线 1

二、实验定律 1

三、全反射光学纤维 2

四、费马原理 3

五、惠更斯原理 5

1—2 单球面的折射和反射成象 6

一、同心光束物和象 6

二、光经平面的反射和折射 7

三、单球面折射成象 8

四、放大率 13

五、作图求象法 14

六、球面反射成象 14

一、逐次成象计算 16

1—3 共轴球面系统的逐次成象薄透镜 16

二、薄透镜 17

三、作图求象法 18

1—4 共轴球面系统的基点厚透镜 19

一、共轴球面系统的基点 19

二、共轴球面系统的组合 22

三、厚透镜 23

四、薄透镜的组合 24

一、有效光阑入射光瞳和出射光瞳 26

1—5 光阑及象差简介 26

二、视场光阑入射窗和出射窗 27

三、象差 27

四、色差及其校正 29

习题 31

第二章 典型光学仪器原理简析 34

2—1 眼睛 34

一、放大镜 35

2—2 助视仪器 35

二、显微镜 37

三、望远镜 38

2—3 照相机和投影仪 39

2—4 棱镜光谱仪 39

习题 42

第三章 光度学与色度学简介 43

3—1 光度学简介 43

一、光度学基本概念 43

二、象的亮度和照度 45

3—2 色度学简介 46

一、人的颜色视觉规律简介 46

二、颜色匹配 47

三、部份标准色度学系统简介 48

习题 50

4—1 光是电磁波 51

第四章 光波 51

4—2 一维平面简谐光波 52

一、一维平面简谐波方程 52

二、简谐波方程的复数形式 54

4—3 三维平面简谐光波 55

一、三维平面简谐波方程 55

二、波场的空间频率 56

4—4 球面简谐光波 58

4—5 光波的能量、光强 59

4—6 波的叠加原理 60

一、波的叠加原理 60

二、二列频率相同、振动方向相同单色平面光波的叠加 60

三、求合振动的复数法 63

四、求合振动的振幅矢量法 63

五、多列光波的叠加 64

4—7 实际光波 65

习题 71

第五章 光的干涉 73

5—1 光的干涉现象与相干条件 73

一、光的干涉现象 73

二、相干条件 74

三、相干光波的莸得 77

5—2 分波阵面法及其典型实验装置 77

一、杨氏干涉实验 77

二、菲涅耳双棱镜实验 83

三、菲涅耳双平面镜实验 84

四、洛埃镜实验 84

5—3 干涉条纹的可见度空间相干性和时间相干性 85

一、干涉条纹的可见度 85

二、二相干光波的相对光强对可见度的影响 85

三、光源的宽度对可见度的影响 85

四、空间相干性 87

五、光源的单色性对可见度的影响 88

六、时间相干性 91

5—4 透明薄膜的干涉——分振幅法产生的双光束干涉 92

一、在薄膜两个界面上反射的光波的光程差 94

二、薄膜的等倾干涉条纹 94

三、薄膜的等厚干涉条纹 95

四、牛顿环 100

5—5 迈克逊干涉仪 101

一、干涉仪的结构 102

二、等效光路及光程差 102

三、干涉条纹的性质 103

四、应用举例 104

5—6 法布里－珀罗干涉仪 107

一、干涉仪的结构和干涉花样的特点 107

二、透射相干光的光强分布 107

三、干涉条纹的锐度 108

四、法布里－珀罗干涉仪是一种高分辨率分光仪器 111

习题 116

第六章 光的衍射 119

6—1 光的衍射现象 119

6—2 惠更斯－菲涅耳原理 120

6—3 菲涅耳半波带法和振幅矢量图解法 122

一、菲涅耳半波带法 122

二、振幅矢量图解法 125

6—4 菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射 128

一、实验现象 128

二、对实验现象的解释 128

三、波带片 129

四、直线传播和衍射现象的联系 132

6—5 夫琅和费单缝衍射 132

一、实验装置和衍射花样的特点 132

二、衍射光强分布公式 133

三、衍射花样 135

6—6 夫琅和费圆孔衍射 138

一、实验装置和衍射花样的特点 138

二、光强分布公式 138

6—7 光学仪器的像分辨本领 141

一、像分辨本领的概念 141

二、瑞利判据 142

三、人眼的最小分辨角 143

四、望远镜的最小分辨角 143

五、显微镜的最小分辨距离 144

六、照相机的分辨本领 145

6—8 棱镜光谱仪的色分辨本领 146

一、角色散和线色散 146

二、色分辨本领 147

6—9 平面衍射光栅 148

二、光强分布公式 149

一、实验装置和衍射花样的特点 149

三、缝间干涉因子的特点 151

四、谱线的缺级 154

五、光栅光谱 154

六、光栅的角色散、色散范围和色分辨本领 155

6—1 0空间光栅、晶体的X射线衍射 160

一、概述 160

二、布喇格方程 161

三、X射线衍射实验方法 163

习题 164

第七章 光的偏振 167

7—1 偏振光和自然光 167

一、线偏振光 167

二、圆偏振光 168

三、椭圆偏振光 168

四、自然光 170

五、部分偏振光 171

7—2 光在透明介质界面上的反射和折射 171

一、反射定律和折射定律 172

二、菲涅耳公式 173

三、布儒斯特定律 175

四、关于位相突变π问题 176

五、能流反射率和能流透射率 178

7—3 薄膜的光学特性 182

一、单层薄膜的光学特性 182

二、双层增透膜 185

三、多层高反射膜 186

7—4 光通过单轴晶体时的双折射现象 187

一、双折射现象 187

二、晶体的光轴和主截面 187

三、双折射的实验规律 188

二、平面波在单轴晶体中的传播 189

7—5 单轴晶体中的波面 189

一、单轴晶体中的波面 189

三、波片 191

7—6 偏振器件 191

一、尼科耳棱镜 192

二、渥拉斯顿棱镜 193

三、人造偏振片 193

7—7 椭圆偏振光和圆偏振光的获得和检验 194

一、椭圆和圆偏振光的获得 194

二、三种特殊情况 195

三、偏振光的检验 196

7—8 平行平面偏振光的干涉 196

一、干涉装置 197

二、光强分布公式 197

一、旋光现象 199

7—9平面偏振光振动面的旋转 199

二、对旋光现象的解释 200

习题 203

第八章 傅里叶光学 205

8—1 傅里叶变换 205

一、傅里叶变换及变换对 205

二、傅里叶变换的基本性质 206

8—2 衍射的傅里叶变换 208

一、菲涅耳衍射和夫琅和费衍射 208

二、夫琅和费衍射的傅里叶变换 210

三、夫琅和费单缝衍射与多缝衍射 211

四、夫琅和费圆孔衍射与矩孔衍射 213

五、菲涅耳衍射的傅里叶变换 216

8—3 透镜的傅里叶变换性质 218

一、透镜对光波位相的影响 218

二、透镜的傅里叶变换性质 220

一、阿贝成象原理 225

8—4 阿贝成象原理 225

二、波尔特实验及空间滤波 226

8—5 光学信息处理 227

一、相干光学处理系统 227

二、相衬法 230

三、θ调制实验 232

四、光信息的计算机处理 232

8—6 全息术原理 234

一、全息术概述 234

二、全息术原理 235

三、全息术应用 236

习题 238

第九章 光在介质中的传播 240

9—1 介质对光的吸收 240

一、吸收现象 240

二、吸收规律 240

三、吸收光谱和物体的颜色 242

9—2 光在介质中的色散 244

一、正常色散和反常色散 244

二、色散的特点 245

三、色散的观测方法 246

四、相速和群速 248

9—3 吸收理论和色散理论 250

一、经典吸收理论 250

二、经典色散理论 252

三、光在导电介质中的传播 253

9—4 光的散射和散射理论 255

一、光的散射现象 255

二、瑞利散射 256

三、米氏散射 258

四、喇曼散射 259

习题 261

一、热辐射 262

第十章 光量子理论 262

10—1 黑体辐射 262

二、黑体辐射 263

三、黑体辐射理论 264

四、热辐射定律的应用 265

10—2 光电效应 267

一、光电效应 267

二、光电效应的经典理论 268

三、爱因斯坦光量子理论 268

10—3 康普顿散射 270

一、康普顿散射 270

二、康普顿散射的光量子理论 271

10—4 波粒二象性 274

一、光子和光波 274

二、实物波 275

三、波粒二象性 276

一、氢原子光谱的实验规律 278

10—5 原子发光 278

二、玻尔假设 279

三、玻尔原子 279

四、氢原子的能级图和光谱 280

五、碱金属原子光谱 281

10—6 激光原理激光特性及其应用 283

一、激光器 283

二、光与原子的相互作用 284

三、光在介质中的放大 285

四、实现粒子数反转的方法 286

五、谐振腔 288

六、激光的频率特性 288

七、激光的应用 289

习题 292

附录 基本物理常数 294

习题答案 295