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第1章 光的电磁理论 1

1.1 麦克斯韦方程组 1

1.1.1 电磁场微分形式的麦克斯韦方程组 1

1.1.2 物质方程 1

1.2 光的波动方程 2

1.2.1 电磁场的波动性 2

1.2.2 电磁波 2

1.2.3 光波的亥姆霍兹方程 3

1.2.4 单色光波在各向同性均匀介质中自由传播时的振幅表达式 3

1.3 不连续表面的边值条件及光波在界面上的反射和折射 4

1.3.1 不连续表面的边值条件 4

1.3.2 光波在界面上的反射和折射 5

1.3.3 菲涅耳公式 5

1.4 VirtualLab仿真建模与技巧 8

1.4.1 VirtualLab软件简介 8

1.4.2 平面电磁波 9

1.4.3 球面波和柱面波 14

1.4.4 光在两种透明电介质分界面上的反射和折射 18

1.4.5 光的色散、吸收和散射 25

第2章 光的干涉及干涉系统 30

2.1 光波的叠加 30

2.1.1 两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加 30

2.1.2 驻波 31

2.1.3 两个频率相同、振动方向互相垂直的单色光波的叠加 32

2.1.4 两个频率不同、振幅相同、振动方向相同的单色光波的叠加 35

2.2 惠更斯-菲涅耳原理及相干条件 36

2.2.1 惠更斯-菲涅耳原理 36

2.2.2 相干条件 37

2.3 两个频率相同、振动方向相同的点光源发出的球面波的干涉 38

2.3.1 杨氏干涉实验 38

2.3.2 干涉场光强计算 38

2.3.3 两个相干单色点光源在空间形成的干涉场 39

2.4 时空相干性 40

2.4.1 干涉条纹的对比度 40

2.4.2 两个相干光波的振幅对调制度的影响 40

2.4.3 光源大小的影响——空间相干性 40

2.4.4 光源单色性的影响——时间相干性 41

2.5 平板及光楔的干涉 41

2.5.1 定域干涉条纹与非定域干涉条纹 42

2.5.2 等厚干涉与等倾干涉 42

2.6 典型的双光束干涉仪器简介 43

2.6.1 激光点光源干涉仪 43

2.6.2 迈克尔逊干涉仪 44

2.6.3 泰曼-格林干涉仪 44

2.6.4 斐索干涉仪 45

2.6.5 马赫-曾德干涉仪 45

2.6.6 等倾干涉仪 46

2.7 多光束干涉 47

2.7.1 干涉场的光强分布公式 47

2.7.2 干涉条纹特征 48

2.7.3 干涉条纹的锐度与精细度 49

2.8 F-P干涉仪 50

2.8.1 F-P干涉仪的工作原理 50

2.8.2 F-P干涉仪的应用 51

2.9 光学薄膜和干涉滤光片 53

2.9.1 单层膜 53

2.9.2 双层膜和多层膜 55

2.10 VirtualLab仿真建模与技巧 56

2.10.1 两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加 56

2.10.2 驻波 62

2.10.3 两个频率相同、振动方向互相垂直的单色光波的叠加 64

2.10.4 多个不同频率的单色光相干叠加成波群 67

2.10.5 杨氏干涉实验 73

2.10.6 平面波和球面波产生的干涉 76

2.10.7 迈克尔逊干涉仪 79

2.10.8 马赫-曾德干涉仪 85

2.10.9 F-P干涉仪 88

第3章 光的衍射 97

3.1 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 97

3.2 圆孔衍射 98

3.2.1 圆孔衍射的复振幅及光强解析表达式 98

3.2.2 菲涅耳衍射与夫朗禾费衍射 100

3.2.3 菲涅耳数的物理意义 101

3.2.4 圆孔衍射解析表达式的物理意义 101

3.3 光学系统像点附近的光强空间分布 102

3.3.1 像点附近的空间光强分布 103

3.3.2 瑞利判断与斯托列尔准则 105

3.3.3 光学系统的分辨角 106

3.3.4 巴比涅原理 106

3.4 典型孔径的衍射 107

3.4.1 矩孔衍射 107

3.4.2 单缝衍射 108

3.4.3 多缝衍射 108

3.4.4 衍射光栅 111

3.5 VirtualLab仿真建模与技巧 112

3.5.1 菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射 112

3.5.2 衍射光栅 123

3.5.3 其他光栅 125

第4章 光的偏振 133

4.1 偏振光和自然光 133

4.1.1 产生偏振光的方法 134

4.1.2 马吕斯定律 134

4.2 单色平面光波在各向异性均匀介质中的传播 134

4.2.1 波面与光线 134

4.2.2 菲涅耳方程 135

4.2.3 单轴晶体的双折射 136

4.2.4 单轴晶体的折射率椭球、波矢面、光线面与法线面的几何关系 137

4.3 光波经单轴晶体的折射 139

4.4 偏振器件 142

4.4.1 晶体偏振器件 142

4.4.2 偏振片 143

4.4.3 波片 143

4.5 偏振光和偏振器件的矩阵表示 144

4.5.1 琼斯矢量 144

4.5.2 琼斯矩阵 144

4.6 VirtualLab仿真建模与技巧 147

4.6.1 偏振光和自然光 147

4.6.2 晶体的双折射 150

4.6.3 偏振光和偏振器件的矩阵表示 156

参考文献 159