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第一章 波动光学和光的二象性 1

1.1 波动光学和光学 1

1.2 对光本性的认识，波动光学的发展简史 2

1.2.1 17世纪中叶以前：未涉及光本性的光学 2

1.2.2 17世纪中叶至19世纪：光的微粒说和波动说 4

1.2.3 20世纪：波粒二象性 8

1.3 电磁波谱 11

第二章 关于波动的基本知识 13

2.1 波动及其分类 13

2.1.1 振动与波动 13

2.1.2 标量波与矢量波 13

2.1.3 波的维数 14

2.2 一维波 14

2.2.1 波动微分方程和叠加原理 14

2.2.2 一维简谐波 16

2.2.3 简谐波的复数表示和矢量表示 19

2.3 三维波 21

2.3.1 波动微分方程 21

2.3.2 平面波 21

2.3.3 球面波 25

2.3.4 柱面波 30

2.4 复杂波的分解 31

第三章 光的电磁理论 36

3.1 麦克斯韦方程组 36

3.1.1 电磁场 36

3.1.2 麦克斯韦方程组的两种形式 36

3.1.3 物质方程 41

3.2 均匀、各向同性、透明、无源媒质中的电磁波 42

3.2.1 麦克斯韦方程组的特殊形式 42

3.2.2 电磁波的波动微分方程 42

3.2.3 平面电磁波的性质 43

3.3 电磁波在两个各向同性均匀透明媒质界面上的反射和折射 47

3.3.1 边界条件 47

3.3.2 折射和反射定律 49

3.3.3 菲涅耳公式 51

3.3.4 全反射 59

3.4 金属中的电磁波和金属表面的折反射 63

3.4.1 金属中的简谐平面波 64

3.4.2 电磁波在金属表面的折反射 66

第四章 光波叠加综述 71

4.1 同频标量波的叠加 71

4.1.1 两束同向传播平面波的叠加 72

4.1.2 两束反向传播平面波的叠加——驻波 73

4.1.3 两束任意方向平面波的叠加 77

4.2 不同频率标量波的叠加 81

4.2.1 拍频现象 81

4.2.2 拍频现象的应用 82

4.2.3 群速度 87

4.3 同频率同向传播矢量波的叠加——光波的偏振态 89

4.3.1 振动方向互相垂直的两束线偏振波的叠加 89

4.3.2 同频同向传播矢量波的叠加 93

4.3.3 偏振波的矩阵表示和叠加分解运算 93

4.3.4 偏振光、自然光和部分偏振光 98

第五章 单孔衍射 100

5.1 衍射概述 100

5.1.1 衍射现象 100

5.1.2 衍射的研究内容和应用 101

5.2 惠更斯－菲涅耳原理和基尔霍夫公式 102

5.2.1 惠更斯假设和惠更斯作图法 102

5.2.2 惠更斯－菲涅耳原理 104

5.2.3 基尔霍夫公式 105

5.3 基尔霍夫公式的化简和衍射区域的划分 107

5.3.1 菲涅耳近似和夫琅和费近似 107

5.3.2 菲涅耳衍射和夫琅和费衍射 109

5.3.3 对近似处理的一种解释 110

5.4 夫琅和费衍射 111

5.4.1 夫琅和费衍射的观察 111

5.4.2 夫琅和费衍射公式和傅里叶变换 112

5.4.3 单缝的夫琅和费衍射图形 113

5.4.4 矩孔的夫琅和费衍射图形 119

5.4.5 圆孔的夫琅和费衍射图形 120

5.5 衍射图形与光波所受的限制之间的关系 124

5.5.1 限制方向对衍射图形的影响 124

5.5.2 限制程度对衍射图形的影响 125

5.5.3 巴比内（Babinet）互补屏原理 125

5.6 菲涅耳衍射 126

5.6.1 菲涅耳衍射的观察和计算方法 126

5.6.2 菲涅耳半波带法 127

5.6.3 菲涅耳波带板 133

5.6.4 菲涅耳积分法 135

5.6.5 频谱分析方法 141

5.7 衍射和傅里叶变换 143

5.7.1 在有限距离观察夫琅和费衍射的方法 143

5.7.2 光学模拟傅里叶变换 144

5.7.3 光学模拟傅里叶变换的直观解释 146

第六章 双光束干涉 148

6.1 干涉概述 148

6.1.1 干涉现象 148

6.1.2 干涉的研究内容和应用 149

6.1.3 干涉项、干涉条件和干涉装置 150

6.2 双光束干涉的基本理论 152

6.2.1 两束平面波的干涉，干涉图形的描述 152

6.2.2 两束球面波的干涉 156

6.3 分波面干涉装置 160

6.3.1 杨氏实验 160

6.3.2 菲涅耳型分波面干涉装置 171

6.3.3 瑞利干涉仪 174

6.4 分振幅干涉装置 174

6.4.1 干涉条纹的定域性质和对光源扩展程度的限定 175

6.4.2 平行平板的干涉，等倾条纹 178

6.4.3 楔形板和薄膜的干涉，等厚条纹 182

6.4.4 双臂式分振幅干涉仪 191

6.5 光波的相干性 198

6.5.1 光波相干性的描述，互相干函数 198

6.5.2 光波的时间相干性 203

6.5.3 准单色光波的干涉和衍射，空间相干性 206

6.5.4 互相干函数的计算和干涉场的强度分布 210

第七章 多光束干涉 215

7.1 多光束干涉概述 215

7.1.1 获得多相干光束的装置 215

7.1.2 多光束干涉的特点 216

7.2 分振幅多光束干涉装置 218

7.2.1 法－珀干涉仪及条纹分布规律 218

7.2.2 法－珀干涉仪的应用 223

7.2.3 薄膜反射的多光束干涉 226

7.3 分波面多光束干涉装置，衍射光栅 232

7.3.1 衍射光栅的分类 233

7.3.2 一维振幅光栅 233

7.3.3 二维振幅光栅 244

7.3.4 位相光栅 247

7.3.5 三维光栅 254

第八章 光的偏振和双折射现象 256

8.1 双折射、偏振和各向异性 256

8.1.1 直观的双折射现象 256

8.1.2 光是横波 256

8.1.3 媒质的各向异性 256

8.1.4 光波传播过程中的其它各向异性表现 257

8.2 光在晶体中的传播 257

8.2.1 晶体内点光源产生的波面——光线面 257

8.2.2 单轴晶体的光线面、光线轴和光轴 258

8.2.3 单轴晶体中的平面电磁波，惠更斯作图法 259

8.2.4 描述晶体光学性质的其它曲面 266

8.2.5 双轴晶体中的电磁波 270

8.2.6 二向色性 273

8.2.7 旋光 273

8.3 线偏振光的产生和检验，马吕定律 278

8.3.1 线偏振光的产生 278

8.3.2 线偏振光的检验 283

8.4 椭圆偏振光的产生和检验 285

8.4.1 椭圆偏振光的产生和描述 285

8.4.2 晶片 290

8.4.3 椭圆偏振光的检验 296

8.5 偏振光干涉 299

8.5.1 关于偏振光干涉的说明 299

8.5.2 平行偏振光干涉 301

8.5.3 会聚偏振光干涉 304

8.6 人为双折射 307

8.6.1 应力双折射——光弹性效应 308

8.6.2 电致双折射——电光效应 308

8.6.3 磁光效应 312

8.7 斯托克斯参量和邦加球 313

8.7.1 单色光的斯托克斯参量 313

8.7.2 单色光偏振态的邦加球描述 315

8.8 准单色光波的偏振态 316

8.8.1 准单色平面波的相干矩阵和复相关因子 317

8.8.2 准单色光波的叠加和分解，偏振度 321

8.8.3 准单色光波的斯托克斯参量和邦加球表示 324

第九章 全息术 327

9.1 全息术概述 327

9.1.1 摄影和全息摄影 327

9.1.2 全息术的基本原理 328

9.1.3 实现全息术的几个具体要求 329

9.1.4 全息图的分类 330

9.2 菲涅耳全息图 330

9.2.1 菲涅耳共轴全息图 330

9.2.2 菲涅耳离轴全息图 332

9.2.3 全息术的一般特点 334

9.2.4 再现象的位置和大小 337

9.3 其它类型的全息图 341

9.3.1 傅里叶变换全息图 341

9.3.2 无透镜傅里叶变换全息图 343

9.3.3 再现照明光波单色性对成象质量的影响，象全息图和彩虹全息图 346

9.3.4 平面振幅全息图的衍射效率，平面位相全息图 348

9.3.5 体积全息图 350

9.4 计算机全息术 353

9.4.1 概述 353

9.4.2 多灰阶计算机全息图 354

9.4.3 二元计算机全息图 354

9.5 全息术应用简介 357

9.5.1 全息摄影 357

9.5.2 全息干涉计量 357

9.5.3 全息光学元件 360

9.5.4 光波变换器 361

9.5.5 全息术的其它应用 362

第十章 光学系统的频谱分析 364

10.1 线性空间不变系统 364

10.1.1 基本概念 364

10.1.2 线性不变系统的空间域描述，卷积运算 365

10.1.3 线性不变系统的频率域描述，传递函数 369

10.2 光学系统的相干传递函数 373

10.2.1 相干传递函数的定义和物理意义 373

10.2.2 光瞳函数及其与相干传递函数的关系 374

10.2.3 衍射和象差对成象质量的影响 377

10.3 相干光学信息处理 380

10.3.1 相衬显微镜 381

10.3.2 4f滤波系统 383

10.3.3 一种简单的滤波系统 391

10.3.4 散斑干涉术 391

10.4 光学传递函数 395

10.4.1 光学传递函数的定义和物理意义 395

10.4.2 光学传递函数和光瞳函数的关系 398

10.4.3 光学传递函数应用举例 404

参考书目 409