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第1章 光的电磁理论基础 4

1.1 电磁场的基本方程 4

1.1.1 麦克斯韦方程组 4

1.1.2 电磁场的物质方程 5

1.1.3 电磁场的边值关系 7

1.1.4 洛伦兹力 8

1.2 无源空间中的电磁波动方程 8

1.2.1 空间为真空 8

1.2.2 空间为无色散的均匀各向同性介质 9

1.2.3 空间为有色散的均匀各向同性介质 9

1.2.4 空间为无色散的非均匀各向同性介质 10

1.3 有源空间的是电磁波动方程 11

1.3.1 电磁场的矢势与标势 11

1.3.2 洛伦兹规范与库伦规范 11

1.3.3 达朗贝尔方程 12

1.4 电磁场的能量和能流 12

第2章 无限大均匀各向同性介质中的光波场 15

2.1 平面波 15

2.1.1 单色平面波的波函数 15

2.1.2 单色平面波的等相面与相速度 16

2.1.3 单色平面波场矢量k、E、B之间的关系 16

2.1.4 平面波的能量密度与能流密度 17

2.1.5 单色平面波的空间频率 18

2.2 球面波与柱面波 19

2.2.1 球面波 19

2.2.2 柱面波 21

2.2.3 高斯球面波 21

2.3 光波场的色散 22

2.3.1 洛伦兹色散模型 23

2.3.2 亥姆霍兹色散方程 26

2.3.4 柯西公式 27

2.3.5 群速度与相速度 27

2.3.3 塞尔迈耶公式 27

2.4 光波场的偏振态与琼斯矢量 28

2.4.1 单色平面波的偏振态 28

2.4.2 偏振态的琼斯矢量表示 32

第3章 平面光波的反射和折射 35

3.1 平面光波在两种电介质分界面的反射和折射 35

3.1.1 反射和折射定律 35

3.1.2 菲涅耳公式 36

3.1.3 反射光波与透射光波的偏振态 38

3.1.4 布儒斯特定律 38

3.1.5 相位突变与半波损失 39

3.1.6 强度反射（透射）率与能流反射（透射）率 40

3.2 全反射与倏逝波 41

3.2.1 全反射 41

3.2.2 倏逝波 42

3.2.3 光子隧道效应 44

3.3 古斯——汉森位移 44

3.4 光波在分层介质上的反射和折射 48

3.4.1 单层膜的特征矩阵 48

3.4.2 多层膜的特征矩阵 50

3.4.3 膜系反射率 51

3.5.2 金属内的透射波 52

3.5.1 良导体条件 52

3.5 光波在金属表面上的反射和透射 52

3.5.3 金属表面的反射 55

第4章 波导中的光波 58

4.1 金属波导 58

4.1.1 理想导体的边界条件 58

4.1.2 矩形波民中的电磁波 58

4.1.3 截止频率及TE10波的场分布 60

4.2 薄膜波导 61

4.2.1 薄膜波导的传输条件 62

4.2.2 薄膜波导中的场分布 65

4.2.3 薄膜波导的有效厚度和能量流 67

4.3 梯度折射率波导 69

4.2.4 薄膜波导的光耦合 69

4.3.1 非均匀介质中的光线方程 70

4.3.2 平方律介质中的光线径迹 71

4.3.3 梯度折射率波导中的电磁场方程及其解 72

4.4 光纤 76

4.4.1 光纤波导的结构特征 76

4.4.2 阶跃型光纤波导中的电磁场方程 77

4.4.3 阶跃型光纤波导的特征方程 78

4.4.4 阶跃型光纤波导的截止模与基模 81

5.1.1 晶体的各向异性 83

5.1.2 晶体的介电张量 83

第5章 各向异性介质中的光波 83

5.1 晶体的各向异性及介电张量 83

5.1.3 晶体的主折射率 85

5.2 单色平面波在各向异性晶体中的传播 85

5.2.1 光波与光线 85

5.2.2 菲涅耳方程及其解的意义 87

5.2.3 单轴晶体的双折射 88

5.2.4 单轴晶体中寻常与非常光的振动方向 89

5.3.1 折射率椭球 92

5.3 晶体光学性质的几何图形表示 92

5.3.2 波矢面 95

5.3.3 法线面 99

5.3.4 光线面 102

5.4 光波在各向异性晶体表面上的反射和折射 106

5.4.1 波法线方向的确定——斯耐尔作图法 106

5.4.2 光线方向的确定——惠更斯作图法 108

5.4.3 双轴晶体的圆锥折射 110

5.5 晶体的线性电光效应 112

5.5.1 外场作用下晶体折射率椭球的变化 112

5.5.2 线性电光效应 113

5.5.3 42m类晶体的线性电光效应 114

5.5.4 3m类晶体的线性电光效应 117

第6章 光波叠加与相干性 120

6.1 干涉理论基础 120

6.1.1 单色平面光波的叠加 120

6.1.2 复杂光波的分解 122

6.1.3 干涉条纹的反衬度与相干条件分析 123

6.1.4 干涉条纹的定域 125

6.2 部分相干理论基础 126

6.2.1 非单色扩展光源照明下的杨氏干涉实验 126

6.2.2 互相干函数与复相干度 127

6.2.3 时间相干度 128

6.2.4 空间相干度 131

6.3 范西泰特-策尼克定理 132

6.3.1 傍轴条件下准单色光场的互强度与空间相干度 133

6.3.2 范西泰特-策尼克定理 134

6.3.3 准单色线扩展光场的空间相干度计算 135

6.4 傅里叶变换光谱仪与干涉成像光谱仪原理 137

6.4.1 傅里叶变换光谱学原理 137

6.4.2 傅里叶变换光谱仪 139

6.4.3 基于傅里叶变换光谱学原理的干涉光谱成橡技术 141

第7章 光波衍射与成像 143

7.1 标量衍射理论 143

7.1.1 衍射民间的透射系数 143

7.1.2 衍射的球面波理论 /惠更斯原理 145

7.1.3 衍射的平面波理论/角谱理论 148

7.2 衍射现象的傅里叶分析方法 150

7.2.1 夫琅禾费衍射 150

7.2.2 菲涅耳衍射 153

7.2.3 塔耳博特效应 153

7.2.4 劳效应 155

7.3.1 透镜的透射系数 156

7.3 透镜的变换特性与成像特性 156

7.3.2 透镜的成像性质 158

7.3.3 透镜的傅里叶变换性质 159

7.3.4 透镜孔径的衍射与滤波特性 161

7.3.5 高斯光波经透镜的变换 162

7.4 成像系统的普遍模型 164

7.4.1 光瞳图与系统的概念 164

7.4.2 点脉冲响应与点扩散函数 165

7.4.3 线性和空间不变性 166

7.5.1 相干传递函数 167

7.5 相干成像系统的分析及相干传递函数 167

7.4.4 扩展物体的成像 167

7.5.2 衍射受限系统的CTF 169

7.6 非相干成像系统的分析及光学传递函数 171

7.6.1 光学传递函数 171

7.6.2 OTF和CTF的关系 173

7.6.3 衍射受限系统的OTF及截止频率 174

第8章 光线光学基础 177

8.1 光波场的0波长极限 177

8.1.1 程函方程 177

8.1.2 光线方程 178

8.2 光学 拉格朗日方程 179

8.3 光学哈密顿方程 180

8.4 从几何光学到波动光学 184

第9章 光波场的统计特性 186

9.1 热光与激光 186

9.2 热光的一阶统计 187

9.2.1 偏振热光 188

9.2.2 非偏振热光（自然光） 189

9.2.3 部分偏振热光 190

9.3 激光的一阶统计 192

9.3.1 单模激光 192

9.3.2 多模激光 194

9.3.3 激光又红又专运动漫射体所产生的赝热光 195

9.4 激光散斑的统计牧场生及其应用 195

9.4.1 激光散斑效应 195

9.4.2 激光散斑的一阶统计特性 197

9.4.3 激光散斑效应的应用 197

习题 204

附录 215

附录A 场论的基本公式 215

附录B 傅里叶变换的基本性质 217

附录C 常用傅里变换对 220

参考文献 221