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第1章 光的电磁理论 1

1.1电场与磁场 1

1.1.1电荷和电场 1

1.1.2电流和磁场 2

1.2电磁感应与麦克斯韦方程组 3

1.2.1电磁感应定律 3

1.2.2位移电流 4

1.2.3麦克斯韦方程组 5

1.3介质的电磁性质 5

1.3.1介质的极化 6

1.3.2介质的磁化 7

1.3.3介质中的麦克斯韦方程组 9

1.3.4时谐电磁场及其复数形式 11

1.4电磁场的边值关系 13

1.5电磁场的能量 15

1.5.1坡印廷定理 15

1.5.2坡印廷矢量 17

1.6电磁场的动量 18

1.6.1电磁场的动量守恒定律 19

1.6.2光压的应用 19

1.7波动方程 20

习题 22

第2章 光波与介质的基本性质 23

2.1平面波 23

2.1.1平面波的表达 23

2.1.2平面波的共轭 25

2.1.3平面波的性质 26

2.2球面波和柱面波 29

2.3折射率 31

2.3.1复折射率的产生 31

2.3.2光的吸收 32

2.3.3光的色散 33

2.4平面波的叠加 34

2.4.1两个同频率、同向传播光波的叠加 35

2.4.2两个同频率、反向传播光波的叠加 37

2.4.3两个不同频率、同向传播光波的叠加 38

2.4.4两个振动方向互相垂直的光波的叠加 40

2.5平面波在两介质界面上的反射和折射 43

2.5.1折射定律和反射定律 43

2.5.2菲涅耳公式 44

2.5.3菲涅耳公式的图形表示 46

2.5.4界面上光的能量关系 49

2.5.5全反射 53

2.5.6维纳实验 56

2.6平面波在金属表面的反射和透射 57

2.7电偶极子辐射 59

2.8光散射 61

2.8.1散射系数和散射截面 62

2.8.2弹性散射 62

2.8.3非弹性散射 64

2.9光压的计算 64

习题 65

第3章 干涉 68

3.1光的相干性 68

3.1.1相干条件 68

3.1.2杨氏实验 69

3.1.3光源大小与条纹对比度 71

3.1.4光源光谱与条纹对比度 74

3.1.5两相干光波振幅比与条纹对比度 77

3.1.6相干长度 77

3.1.7时空相干性、互相干函数和复相干度 79

3.2分波面干涉 81

3.3分振幅双光束干涉 85

3.3.1平行平板干涉 85

3.3.2非平行板干涉 88

3.3.3分振幅双光束干涉仪 90

3.4分振幅多光束干涉 95

3.4.1平行平板的多光束干涉 95

3.4.2法布里-珀罗干涉仪 100

3.4.3光学薄膜 104

3.4.4平面波导 113

3.4.5光子晶体 114

3.5干涉条纹分析 117

3.5.1条纹计数和相位解缠 118

3.5.2外差干涉检测 119

3.5.3相移干涉检测 119

3.5.4动态干涉检测 121

习题 122

第4章 衍射 127

4.1基尔霍夫衍射 127

4.2瑞利-索末菲衍射 129

4.2.1第一类瑞利-索末菲衍射 130

4.2.2第二类瑞利-索末菲衍射 130

4.2.3r？λ条件下的衍射 131

4.3菲涅耳衍射与夫琅和费衍射 133

4.4近距离上的夫琅和费衍射 134

4.4.1平面波照明孔径 135

4.4.2球面波照明孔径 136

4.4.3夫琅和费衍射公式的意义 137

4.5典型孔径的夫琅和费衍射 138

4.5.1矩孔衍射 138

4.5.2圆孔衍射 140

4.5.3光学成像系统的分辨本领 142

4.5.4夫琅和费衍射的性质 144

4.6光栅的夫琅和费衍射 146

4.6.1双缝衍射 147

4.6.2多缝衍射 148

4.6.3光栅方程 151

4.6.4典型光栅 153

4.7菲涅耳衍射 155

4.7.1菲涅耳波带法 155

4.7.2菲涅耳波带片 157

4.7.3菲涅耳积分法 159

4.8光学全息 163

4.8.1全息基本原理 163

4.8.2盖博全息 164

4.8.3离轴全息 165

4.8.4余弦波带片 166

4.8.5全息图物像关系 167

4.8.6白光再现全息 171

4.8.7全息术的应用 172

习题 173

第5章 傅里叶光学 177

5.1空间频率和线性系统 177

5.1.1空间频率 177

5.1.2线性空间不变系统 178

5.1.3线性空间不变系统的频域分析 180

5.2平面波角谱 181

5.2.1角谱及其物理意义 181

5.2.2角谱的传播 182

5.2.3孔径对角谱的作用 183

5.3衍射现象的傅里叶分析 184

5.3.1夫琅和费衍射的傅里叶分析 184

5.3.2菲涅耳衍射的傅里叶分析 186

5.4透镜的傅里叶变换和成像性质 187

5.4.1薄透镜复振幅透过率函数 187

5.4.2透镜的傅里叶变换性质 189

5.4.3透镜的成像性质 191

5.4.4阿贝成像理论 192

5.5光学成像系统频域分析 193

5.5.1相干光学成像系统 194

5.5.2非相干光学成像系统 196

5.5.3有像差成像系统的传递函数 200

5.5.4相干和非相干成像比较 202

5.6光学信息处理 203

5.6.1非相干光学信息处理 203

5.6.2相干光学信息处理 204

5.6.3光学相关目标识别 209

习题 211

第6章 光的偏振性及应用 215

6.1偏振态的描述 215

6.1.1琼斯矢量 215

6.1.2偏振光的产生 216

6.2晶体光学 219

6.2.1晶体的光学各向异性 219

6.2.2菲涅耳方程 221

6.2.3单色平面波在晶体中的传播 224

6.2.4晶体光学性质的图形法分析 226

6.2.5平面波在晶体表面的折射和反射 231

6.2.6单轴晶体中光波的确定 232

6.2.7晶体的偏光干涉 236

6.2.8电光效应 240

6.2.9旋光和磁光效应 243

6.2.10弹光-声光效应 245

6.3偏振器件 247

6.3.1双折射型偏振器和分束器 248

6.3.2波片和补偿器 249

6.3.3光隔离器 250

6.3.4偏振器件的琼斯矩阵表示 251

6.4偏振光的检测 254

6.4.1偏振光的测量 254

6.4.2偏振光测量仪器 255

6.4.3斯托克斯矢量和穆勒矩阵 256

6.5偏振光的应用 258

6.5.1电流测量 258

6.5.2双偏光干涉仪 259

6.5.3液晶空间光调制器 260

6.5.4克尔磁光效应和磁光存储 263

习题 264

部分习题参考答案 267

附录A场论 272

A1等值面和梯度 272

A2通量、散度和高斯公式 272

A3环量、旋度和斯托克斯公式 273

附录B哈密顿算子 275

附录C常用非初等函数 276

附录D脉冲函数 279

附录E卷积和相关 280

附录F傅里叶级数 281

附录G傅里叶变换 282

参考文献 284