光学 修订版PDF电子书下载

第一章　几何光学 1

1.1　几何光学的基本定律 1

1.1.1　光线 1

1.1.2　光的反射定律和折射定律 1

1.1.3　光的可逆性原理 5

1.1.4　费马原理 5

1.1.5　棱镜的色散作用 7

1.2　成像的基本概念 9

1.2.1　同心光束与物像关系 9

1.2.2　物像的分类 9

1.3　单个球面的折射及反射成像 11

1.3.1　符号规则 11

1.3.2　单球面折射成像公式的推导 11

1.3.3　单球面反射成像公式的推导 16

1.4　球面折射的三种放大率 17

1.4.1　线放大率β 17

1.4.2　轴向放大率α 19

1.4.3　角放大率γ 20

1.4.4　放大率三角形 21

1.5　共轴球面系统成像 21

1.5.1　共轴球面系统的定义与性质 21

1.5.2　共轴球面系统的基点 22

1.5.3　共轴球面系统成像问题的解法 24

1.5.4　共轴球面系统基点的求法 26

1.5.5　共轴球面系统的物像关系 32

1.5.6　物空间和像空间 32

1.6　光阑 34

1.6.1　孔径光阑和视场光阑 34

1.6.2　孔径光阑　入射光瞳和出射光瞳 35

1.6.3　光学系统中孔径光阑的求法 36

1.6.4　视场光阑　入射窗和出射窗 37

1.7　光学仪器 40

1.7.1　眼睛 40

1.7.2　放大镜 43

1.7.3　投影仪器 44

1.7.4　照相机 45

1.7.5　显微镜 48

1.7.6　望远镜 49

1.7.7　目镜 51

1.8　像差 52

1.8.1　像差概述 52

1.8.2　球面像差 53

1.8.3　彗形像差 54

1.8.4　像散和像场弯曲 55

1.8.5　畸变 56

1.8.6　色差 57

习题 57

第二章　光度学的基本概念 62

2.1　光通量 62

2.2 发光强度 63

2.3 照度 64

2.4　亮度　发光表面所产生的照度 65

2.5 量度单位 67

2.6　经过光学系统的光通量 68

习题 69

第三章　光的干涉 70

3.1　光的干涉现象 70

3.2　线性叠加原理和相干条件 71

3.2.1　电磁场的线性叠加原理 71

3.2.2　电磁波平均能流密度和光强 71

3.2.3　叠加区域中的场强和光强，相干条件 71

3.3　杨氏实验的分析 73

3.3.1　相干条件的满足 73

3.3.2　观察屏上光强的讨论 74

3.4　一些实际问题的考虑 76

3.4.1　条纹对比度 76

3.4.2　时间相干性——相干长度和相干时间 77

3.4.3　空间相干性 81

3.5　实现干涉的方法 84

3.5.1　波前分割法 84

3.5.2　振幅分割法 86

3.6　迈克耳孙干涉仪 91

3.6.1　仪器的结构 92

3.6.2　仪器的等效光路 93

3.6.3　等倾干涉条纹的特征 93

3.6.4　几种振幅分割的干涉仪 96

3.6.5　傅里叶变换分光计 96

3.7　多光束干涉 98

3.7.1　多光束干涉的原理 98

3.7.2　多光束干涉仪的结构和条纹特征 101

3.7.3　自由光谱程和分辨本领 103

3.7.4　激光器的谐振腔 105

习题 106

第四章　光的衍射 109

4.1　光的衍射现象 109

4.2　衍射的分类 111

4.3　惠更斯-菲涅耳原理 112

4.4　菲涅耳衍射 113

4.4.1　球面波的自由传播 113

4.4.2　圆孔衍射 119

4.4.3　圆屏衍射 121

4.4.4　菲涅耳波带片 121

4.5　夫琅和费衍射 124

4.5.1　平行光照明时的单缝衍射 124

4.5.2　圆孔衍射 130

4.5.3　远区场衍射和近区场衍射 132

4.6　分辨本领 133

4.6.1　望远镜的分辨本领 133

4.6.2　显微镜的分辨本领 135

4.6.3　衍射受限光学系统 136

4.7　衍射光栅 136

4.7.1　结构与作用 136

4.7.2　光栅强度公式的推导 137

4.7.3　强度分布曲线的规律 138

4.7.4　光谱分析元件的三个参数 141

4.7.5　其他形式的光栅方程式和闪耀光栅 143

4.7.6　振幅矢量图 144

4.7.7　光栅的应用 146

习题 146

第五章　光的偏振 149

5.1　有关偏振光的一些概念 149

5.1.1　光的偏振性 149

5.1.2　光的偏振结构 151

5.1.3　自然光 152

5.1.4　部分偏振光 153

5.2　各种偏振状态的数学表示式 154

5.2.1　直线偏振光 154

5.2.2　圆偏振光 155

5.2.3　椭圆偏振光 157

5.3　偏振光的强度 159

5.3.1　偏振器 159

5.3.2　马吕斯定律 159

5.4　反射、折射产生偏振光 161

5.4.1　菲涅耳公式 161

5.4.2　反射率和透射率 162

5.4.3　反射、折射时的偏振现象 163

5.4.4　半波损失的解释 165

5.5　二向色性物质产生偏振光 168

5.5.1　线型光栅偏振器 168

5.5.2　二色性晶体 168

5.5.3　人造偏振片 169

5.6　散射产生偏振 169

5.6.1　散射的分类 169

5.6.2　瑞利散射定律 170

5.6.3　散射光的偏振状态 170

5.7　利用双折射产生偏振光 171

5.7.1　双折射现象的基本概念 171

5.7.2　单轴晶体中双折射现象的解释 173

5.7.3　寻常光和非常光的相对光强 176

5.7.4　双折射偏振器 178

5.8　相位延迟器——波片 181

5.8.1　相位延迟作用 181

5.8.2　全波片 182

5.8.3　半波片 183

5.8.4 1/4波片 184

5.8.5　可变相位延迟板 185

5.9　光波偏振态的定性分析 186

5.10　偏振光的干涉 187

5.10.1　实验装置及现象 188

5.10.2　偏振光干涉的强度公式 188

5.10.3　实验现象的解释　显色偏振 189

5.10.4　会聚偏振光的干涉 190

5.11　旋光性 192

5.11.1　旋光现象 192

5.11.2　旋光性的解释 193

5.11.3　菲涅耳假设的实验证明 195

5.12　感应的光效应 195

5.12.1　光弹效应 196

5.12.2　电光效应 196

5.12.3　法拉第效应 197

5.12.4　液体中的各向异性——液晶 198

习题 200

第六章　光的量子现象 203

6.1　热辐射　普朗克公式 203

6.1.1　热辐射　基尔霍夫定律 203

6.1.2　黑体辐射以及经典理论 204

6.1.3　腔内电磁辐射的模式推导 207

6.1.4　普朗克的量子假说　普朗克公式 208

6.1.5　光测高温法 210

6.2　光电效应　爱因斯坦方程 211

6.2.1　光电效应的实验规律 212

6.2.2　经典波动理论的困难 213

6.2.3　光量子　爱因斯坦方程 214

6.2.4　光电效应的应用 215

6.3　康普顿效应 216

6.3.1　康普顿效应的实验定律 216

6.3.2　康普顿效应的理论解释 217

6.4　光的波粒二象性 219

6.4.1　德布罗意波 219

6.4.2　几率波 220

6.4.3　不确定关系式 221

习题 222

第七章　近代光学的一些课题 224

7.1　激光 224

7.1.1　光的自发辐射、受激吸收和受激辐射 224

7.1.2　光在介质中的增益 228

7.1.3　光振荡条件 230

7.1.4　纵模和横模 231

7.1.5　激光器的种类 234

7.1.6　激光的应用 235

7.2　全息照相 236

7.2.1　全息照相的特点 236

7.2.2　全息照相的基本原理 236

7.2.3　全息图的几种类型 239

7.2.4　全息干涉计量 242

7.3　光信息处理初步 243

7.3.1　预备知识 243

7.3.2　阿贝成像理论 246

7.3.3　阿贝-波特实验与空间滤波 247

7.3.4　光信息处理的应用 248

7.4　非线性光学 252

7.4.1　非线性光学概述 252

7.4.2　几种非线性效应 252

习题 258

部分习题答案 259

参考书目 263