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第1章 光学史 1

参考文献和推荐读物 21

第2章 光是什么 23

2.1 引言 23

2.2 微粒模型 23

2.3 波动模型 25

2.4 辐射的粒子性 28

2.5 物质的波动性 29

2.6 测不准原理 31

2.7 单缝衍射实验 31

2.8 物质波的概率解释 33

2.9 干涉实验的理解 35

2.10 光子的偏振 37

2.11 时间-能量不确定关系 39

小结 39

习题 40

题解 41

参考文献和推荐读物 41

第一部分 几何光学 45

第3章 费马原理及其应用 45

3.1 引言 45

3.2 从费马原理推导反射定律和折射定律 47

3.3 非均匀媒质中的光线路径 52

3.4 光线方程与它的解 59

3.5 光线在各向同性媒质和各向异性媒质的分界面的折射 67

小结 71

习题 72

参考文献和推荐读物 76

第4章 光线经过球面的折射与反射 77

4.1 引言 77

4.2 在单一球面上的折射 78

4.3 在单一球面上的反射 80

4.4 薄透镜 82

4.5 透镜的主焦点和焦距 83

4.6 牛顿公式 85

4.7 横向放大率 85

4.8 球面的齐明点 87

4.9 笛卡儿卵形面 89

4.10 齐明点存在的几何证明 89

4.11 正弦条件 91

小结 92

习题 93

参考文献和推荐读物 95

第5章 傍轴光学的矩阵方法 96

5.1 引言 96

5.2 矩阵方法 98

5.3 主平面（单位面） 105

5.4 节平面 107

5.5 两薄透镜构成的系统 110

小结 112

习题 113

参考文献和推荐读物 114

第6章 像差 115

6.1 引言 115

6.2 色差 115

6.3 单色像差 119

小结 130

习题 131

参考文献和推荐读物 131

第二部分 振动与波动 135

第7章 简谐运动、受迫振动和折射率的起源 135

7.1 引言 135

7.2 简谐运动 135

7.3 阻尼简谐运动 141

7.4 受迫振动 143

7.5 折射率的起源 146

7.6 瑞利散射 152

小结 153

习题 154

参考文献和推荐读物 157

第8章 傅里叶级数及其应用 158

8.1 引言 158

8.2 弹拨弦上的横向振动 161

8.3 傅里叶级数在研究受迫振动中的应用 164

8.4 傅里叶积分 165

小结 167

习题 167

参考文献和推荐读物 168

第9章 狄拉克δ函数和傅里叶变换 169

9.1 引言 169

9.2 狄拉克δ函数的表示 169

9.3 δ函数的积分表示 170

9.4 作为分布函数的δ函数 171

9.5 傅里叶积分定理 171

9.6 二维和三维傅里叶变换 175

小结 176

习题 177

第10章 群速度和脉冲色散 179

10.1 引言 179

10.2 群速度 179

10.3 波包的群速度 185

10.4 自相位调制 193

小结 195

习题 196

参考文献和推荐读物 198

第11章 波的传播和波动方程 199

11.1 引言 199

11.2 正弦波：频率和波长的概念 201

11.3 波的种类 203

11.4 波动的能量传播 204

11.5 一维波动方程 205

11.6 拉紧弦的横向波动 207

11.7 固体中的纵向声波 208

11.8 气体中的纵波 209

11.9 一维波动方程的通解 211

小结 217

习题 218

参考文献和推荐读物 219

第12章 惠更斯原理及其应用 220

12.1 引言 220

12.2 惠更斯原理 220

12.3 光的直线传播 222

12.4 应用惠更斯原理研究折射与反射 223

12.5 非均匀媒质中的惠更斯原理 231

小结 232

习题 232

参考文献和推荐读物 232

第三部分 干涉 235

第13章 波的叠加 235

13.1 引言 235

13.2 弦上驻波 236

13.3 在一根两端固定的弦上的驻波 238

13.4 光驻波：艾夫斯和维纳实验 239

13.5 两个正弦波的叠加 240

13.6 研究正弦波叠加的图解法 241

13.7 复数表示法 244

小结 244

习题 245

参考文献和推荐读物 245

第14章 双光束干涉：波前分割法 246

14.1 引言 246

14.2 在水面上产生的干涉图样 247

14.3 相干性 251

14.4 光波的干涉 252

14.5 干涉图样 253

14.6 强度分布 255

14.7 菲涅尔双面镜装置 263

14.8 菲涅尔双棱镜装置 263

14.9 白光干涉 264

14.10 条纹的位移 265

14.11 洛埃镜装置 266

14.12 反射时的相位变化 267

小结 268

习题 268

参考文献和推荐读物 270

第15章 双光束干涉：振幅分割法 271

15.1 引言 271

15.2 平面波照射平行平面薄膜发生的干涉 272

15.3 余弦定律 274

15.4 消反射膜 275

15.5 增反射膜 280

15.6 周期性结构产生的反射 280

15.7 点光源照射平行平面薄膜发生的干涉 286

15.8 两反射面不平行的薄膜发生的干涉 290

15.9 薄膜的颜色 294

15.10 牛顿环 295

15.11 迈克耳孙干涉仪 300

小结 304

习题 304

参考文献和推荐读物 305

第16章 多光束干涉量度学 306

16.1 引言 306

16.2 平行平面薄膜上的多次反射 306

16.3 法布里-珀罗标准具 309

16.4 法布里-珀罗干涉仪 313

16.5 分辨能力 314

16.6 陆末-格尔克板 318

16.7 干涉滤波器 319

小结 320

习题 320

参考文献和推荐读物 321

第17章 相干性 322

17.1 引言 322

17.2 线宽 326

17.3 空间相干性 327

17.4 迈克耳孙测星干涉仪 329

17.5 光学拍 331

17.6 相干时间和线宽的傅里叶分析 334

17.7 复相干度和杨氏双孔实验中的条纹可见度 336

17.8 傅里叶变换光谱学 338

小结 345

习题 346

参考文献和推荐读物 347

第四部分 衍射 351

第18章 夫琅禾费衍射：Ⅰ 351

18.1 引言 351

18.2 单缝衍射图样 352

18.3 圆孔衍射 358

18.4 激光束的定向性 361

18.5 分辨极限 367

18.6 双缝的夫琅禾费衍射图样 371

18.7 多缝的夫琅禾费衍射图样 374

18.8 衍射光栅 378

18.9 斜入射 383

18.10 X射线衍射 383

18.11 自聚焦现象 389

18.12 关于光学媒体技术的短文 392

小结 396

习题 397

参考文献和推荐读物 399

第19章 夫琅禾费衍射：Ⅱ和傅里叶光学 400

19.1 引言 400

19.2 菲涅耳衍射积分 400

19.3 均匀振幅和相位分布 402

19.4 夫琅禾费近似 403

19.5 长狭缝的夫琅禾费衍射 403

19.6 矩孔的夫琅禾费衍射 404

19.7 圆孔的夫琅禾费衍射 406

19.8 全同孔阵列 408

19.9 空间滤波 409

19.10 薄透镜的傅里叶变换性质 413

小结 416

习题 416

参考文献和推荐读物 417

第20章 菲涅耳衍射 418

20.1 引言 418

20.2 菲涅耳半波带 419

20.3 波带片 422

20.4 对菲涅耳衍射的更严谨探讨 424

20.5 高斯光束的传播 427

20.6 直边衍射 430

20.7 平面波被长狭缝衍射以及向夫琅禾费衍射的过渡 437

小结 441

习题 443

参考文献和推荐读物 445

第21章 全息术 446

21.1 引言 446

21.2 全息术理论 448

21.3 全息术的要求 452

21.4 全息术的一些应用 453

小结 455

习题 455

参考文献和推荐读物 456

第五部分 光的电磁特性 459

第22章 偏振与双折射 459

22.1 引言 459

22.2 偏振光的产生 463

22.3 马吕斯定律 467

22.4 两个扰动的叠加 468

22.5 双折射现象 472

22.6 偏振光干涉：四分之一波片与半波片 478

22.7 偏振光的分析 481

22.8 光学旋光 482

22.9 光束在椭圆芯单模光纤中传输时偏振态的变化 484

22.10 渥拉斯顿棱镜 487

22.11 罗雄棱镜 488

22.12 各向异性媒质中平面电磁波的传播 489

22.13 射线速度与射线折射率 495

22.14 琼斯运算法 498

22.15 法拉第旋光 500

22.16 光学旋光理论 501

小结 505

习题 506

参考文献和推荐读物 509

第23章 电磁波 510

23.1 麦克斯韦方程组 510

23.2 电介质中的平面波 511

23.3 电介质中的三维波动方程 516

23.4 坡印亭矢量 517

23.5 电磁波的能量密度和强度 520

23.6 辐射压强 522

23.7 导电介质中的波动方程 524

23.8 连续性条件 526

23.9 麦克斯韦方程组的物理意义 527

小结 529

习题 530

参考文献和推荐读物 531

第24章 电磁波的反射与折射 532

24.1 引言 532

24.2 两电介质分界面上的反射 532

24.3 导电介质的反射 550

24.4 电介质薄膜上的反射 552

小结 554

习题 555

参考文献和推荐读物 556

第六部分 光子 559

第25章 辐射的粒子性 559

25.1 引言 560

25.2 光电效应 560

25.3 康普顿效应 563

25.4 光子质量 569

25.5 光子的角动量 569

小结 572

习题 573

参考文献和推荐读物 574

第七部分 激光与光纤光学 577

第26章 激光导论 577

26.1 引言 578

26.2 光纤激光器 585

26.3 红宝石激光器 587

26.4 氦-氖激光器 589

26.5 光学谐振腔 591

26.6 爱因斯坦系数和光放大 596

26.7 线型函数 604

26.8 红宝石激光器的典型参数 607

26.9 激光束的单色性 608

26.10 拉曼放大和拉曼激光器 609

小结 613

习题 615

参考文献和推荐读物 616

第27章 光纤光学Ⅰ：基本概念和射线光学 617

27.1 引言 618

27.2 一些历史评论 618

27.3 全反射 621

27.4 光纤 623

27.5 为什么是玻璃纤维 624

27.6 相干光纤束 625

27.7 数值孔径 626

27.8 光纤的损耗 628

27.9 损耗极限 630

27.10 多模光纤中的脉冲色散 631

27.11 色散和最大比特率 635

27.12 光纤传感器 636

习题 637

参考文献和推荐读物 638

第28章 光纤光学Ⅱ：波导的基本理论与模式的概念 639

28.1 引言 639

28.2 对称平面阶跃型波导的TE模式 640

28.3 模式的物理意义 646

28.4 折射率分布为抛物线型的平面波导中的TE模式 648

28.5 对称的阶跃型平面波导的TM模式 649

28.6 波导理论和量子力学 650

习题 653

参考文献和推荐读物 654

第29章 光纤光学Ⅲ：单模光纤 655

29.1 引言 655

29.2 基本方程 655

29.3 阶跃型折射率光纤的导模 658

29.4 单模光纤 662

29.5 单模光纤中的脉冲色散 664

29.6 色散补偿光纤 668

习题 671

参考文献和推荐读物 672

附录A 伽马函数和与高斯函数相关的积分 673

附录B 积分∫∞ -∞ singx/xdx 675

附录C 高斯光束的衍射 676

附录D 平板波导的TE模式与TM模式 677