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绪论 1

第一章 几何光学基本原理 6

1 几何光学基本定律 6

1.1 光线的概念 6

1.2 光线传播的基本实验定律 7

1.3 全反射 13

1.4 光学纤维 15

1.5 神秘的幻景——海市蜃楼 18

2 费马原理 19

2.1 光程 19

2.2 费马原理 20

3 物与像 22

3.1 光束 单心光束和像散光束 23

3.2 实像与虚像 实物与虚物 24

3.3 物空间与像空间 物像共轭性 25

4 单球面折射的物像关系 25

4.1 符号法则 26

4.2 单心光束在球面上的折射 27

4.3 轴上物点傍轴光线球面折射成像 28

4.4 傍轴物点成像 32

4.5 三种放大率 33

5 共轴球面系统的成像公式 39

6 透镜 41

6.1 厚透镜成像 42

6.2 薄透镜成像公式 43

6.3 薄透镜的焦点和焦平面 44

6.4 薄透镜作图成像法 47

6.5 物像之间的等光程性 48

7 理想光具组 52

7.1 理想光具组的基点和基面 53

7.2 理想光具组作图成像法 55

7.3 理想光具组成像公式 57

7.4 理想光具组的组合 59

思考题 65

习题与答案 66

第二章 典型几何光学仪器及像差简介 72

1 光阑 72

1.1 孔径光？ 72

1.2 视场光？ 75

2 像差简介 77

2.1 球差 77

2.2 彗差 80

2.3 像散和像面弯曲 80

2.4 畸变 82

2.5 色差 83

3 眼睛 86

3.1 眼球的结构 86

3.2 简化后的眼模型 88

3.3 非正常眼及其矫正 89

4 目视仪器 92

4.1 视放大率 92

4.2 放大镜和目镜 93

4.3 显微镜 96

4.4 望远镜 98

5 投影仪器和摄影仪器 101

5.1 投影仪器 101

5.2 摄影仪器 103

思考题 105

习题与答案 105

第三章 光度学和色度学简介 108

1 辐射度学和光度学基本概念 108

1.1 可见光和电磁波谱 108

1.2 幅射通量和光通量 110

1.3 发光强度和亮度 114

1.4 光出射度和照度 116

1.5 光度学单位 118

1.6 照明简介 121

2 像的亮度和照度 122

2.1 通过光学系统的光通量 123

2.2 像的亮度 124

2.3 像的照度 125

3 色度学概述 127

3.1 色度学基本术语 127

3.2 颜色随光强的变化 128

3.3 颜色适应和颜色对比 129

3.4 色调、饱和度和明度 129

3.5 三原色原理 130

3.6 色品图 132

3.7 色视觉变异 135

思考题 136

习题与答案 137

第四章 光的干涉 139

1 光波和光的强度 139

1.1 光的电磁理论 139

1.2 波动方程 140

1.3 等相面、球面波和平面波 142

1.4 辐射能密度和能流密度光的强度 142

2 光的相干叠加和非相干叠加 144

2.1 光的干涉现象 144

2.2 相干叠加和非相干叠加 145

2.3 相干光源 149

2.4 位相差和光程差 150

2.5 干涉的图样 152

2.6 干涉场中的强度分布 153

2.7 干涉条纹的可见度 154

3 分波阵面法的光的干涉 154

3.1 菲涅耳双镜实验 155

3.2 杨氏双缝实验 159

3.3 洛埃镜实验 163

3.4 菲涅耳双棱镜实验 165

4 分振幅法的光的干涉 166

4.1 概述 166

4.2 等倾干涉 171

4.3 等厚干涉 175

4.4 透射光的干涉 176

4.5 薄膜色 177

5 干涉的应用 177

5.1 增透膜和高反射膜 177

5.2 劈尖状薄膜 179

5.3 牛顿环 180

6 迈克耳孙干涉仪 182

6.1 迈克耳孙干涉仪的基本结构和原理 182

6.2 迈克耳孙干涉仪的应用 185

7 多光束的干涉 法布里－珀罗干涉仪 187

7.1 多光束的干涉 187

7.2 法布里－珀罗干涉仪 191

思考题 197

习题与答案 198

第五章 光的衍射 200

1 光的衍射现象 惠更斯－菲涅耳原理 200

1.1 光的衍射现象与衍射的分类 200

1.2 惠更斯－菲涅耳原理 201

2 菲涅耳衍射 204

2.1 菲涅耳波带 204

2.2 矢量图法 207

2.3 菲涅耳圆孔衍射 208

2.4 菲涅耳圆盘衍射 211

2.5 光的直进性与衍射的统一 212

3 夫琅和费衍射 213

3.1 概述 213

3.2 单缝夫琅和费衍射 214

3.3 圆孔夫琅和费衍射 220

4 衍射光栅 224

4.1 光栅概述 224

4.2 平面光栅 225

4.3 闪耀光栅 237

4.4 三维光栅 239

5 干涉和衍射的区别与联系 242

5.1 干涉和衍射的区别 242

5.2 干涉和衍射的联系 243

6 光学仪器的分辨本领 244

6.1 分辨本领和瑞利判据 244

6.2 人眼的分辨本领 247

6.3 望远镜的分辨本领 247

6.4 显微镜的分辨本领 248

6.5 棱镜光谱仪的色散本领和色分辨本领 251

6.6 光栅光谱仪的色分辨本领 253

7 全息照相 255

7.1 普通照相和全息照相 255

7.2 全息照相原理 257

7.3 全息术的应用简介 261

思考题 263

习题与答案 264

第六章 光的偏振 266

1 光的偏振现象 266

1.1 光的偏振现象 266

1.2 光的五种偏振态 267

2 菲涅耳公式 271

2.1 菲涅耳公式 271

2.2 反射率和透射率 275

2.3 洛埃镜实验中半波损失的解释 280

3 反射和折射时的偏振 281

3.1 反射和折射时的偏振现象 281

3.2 反射和折射时偏振现象的理论解释 284

3.3 马吕斯定律 287

4 单轴晶体的双折射 290

4.1 双折射现象 290

4.2 双折射晶体 292

4.3 双折射的物理解释 293

5 偏振器件 299

5.1 晶体偏振器 299

5.2 人造偏振片 302

6 圆偏振光和椭圆偏振光 304

6.1 波晶片 304

6.2 椭圆偏振光和圆偏振光的产生 305

6.3 各种光经波晶片后偏振态的变化 311

6.4 偏振光的检验 313

7 偏振光的干涉 314

7.1 平行的平面偏振光的干涉 314

7.2 显色偏振 318

7.3 会聚的平面偏振光的干涉 320

8 外力作用下产生的双折射 322

8.1 光弹性效应 322

8.2 电光效应 323

9 旋光性 324

9.1 旋光现象 324

9.2 旋光的菲涅耳解释 326

9.3 量糖术 327

9.4 磁致旋光——法拉第效应 329

思考题 330

习题与答案 333

第七章 光的吸收 散射 色散和速度 337

1 光的吸收 337

1.1 光的吸收定律 337

1.2 一般吸收和选择吸收 339

1.3 吸收光谱 340

2 光的散射 341

2.1 光的散射 341

2.2 瑞利散射 342

2.3 散射光的偏振状态 344

2.4 喇曼散射 346

3 光的色散 349

3.1 正常色散 349

3.2 反常色散 351

3.3 色散的经典理论 353

4 测定光速的方法 357

4.1 天文学方法 358

4.2 实验室方法概述 361

4.3 准确测定光速的意义 366

5 光的相速和群速 367

思考题 372

习题与答案 373

第八章 光的量子性 375

1 热辐射和基尔霍夫定律 375

1.1 热辐射概念 375

1.2 辐射本领和吸收本领 376

1.3 基尔霍夫定律 377

1.4 绝对黑体和灰体 379

2 普朗克辐射公式和能量子假说 380

2.1 空腔辐射体热辐射实验规律 380

2.2 普朗克辐射公式和能量子假说 382

3 光测高温法简介 386

4 光电效应 389

5 爱因斯坦光量子理论 392

6 康普顿效应 394

7 光子的质量、动量和角动量 401

7.1 光子的质量 401

7.2 光子的动量 403

7.3 光子的角动量 404

8 光的波动微粒二象性 405

思考题 409

习题与答案 409

第九章 激光简介 412

1 受激吸收、自发辐射和受激辐射 413

1.1 波尔假说和能级概念 413

1.2 受激吸收 413

1.3 自发辐射 415

1.4 受激辐射 416

1.5 A21、B12和B21之间的关系 417

2 粒子数反转 418

2.1 粒子数反转分布 418

2.2 实现粒子数反转分布的条件 419

2.3 三能级系统 420

2.4 四能级系统 422

3 谐振腔 423

3.1 谐振腔 423

3.2 谐振腔的阈值条件 424

3.3 谐振的共振频率纵模 426

4 激光的单色性 427

4.1 谱线宽度 428

4.2 激光的单色性 429

5 激光的相干性 431

5.1 时间相干性 431

5.2 空间相干性 432

5.3 激光的相干性 432

5.4 激光的横模 433

6 激光的应用 435

6.1 激光准直、测长和测距 435

6.2 激光加工 435

6.3 激光核聚变 436

6.4 激光通讯 436

习题与答案 437

主要参考书目 438