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第1章　光的电磁理论 1

1.1 电磁场 2

1.1.1 麦克斯韦电磁方程 2

1.1.2　物质方程 3

1.1.3　突变面处的边界条件 4

1.1.4　电磁场的能量定律 7

1.2　波动方程和光速 8

1.3　标量波 10

1.3.1 平面波 10

1.3.2　球面波 12

1.3.3　相速度、群速度 13

1.4.1　光的横波特性 17

1.4　矢量波 17

1.4.2　光波的偏振态 18

1.4.3　任意形式的谐矢量波 24

1.5　平面光波在各向同性介质界面上的反射和折射 26

1.5.1　反射定律和折射定律 26

1.5.2　菲涅耳公式 27

1.5.3　反射率和透射率 32

1.5.4　反射和透射的偏振特性 35

1.5.5　全反射与倏逝波 38

1.6　光在分层介质上的传播 42

1.6.1 单层膜的特征矩阵 42

1.6.3　反射系数和透射系数 45

1.6.2　多层膜的特征矩阵 45

1.6.4　周期性分层介质 49

第2章　几何光学基础 53

2.1　几何光学与电磁理论 53

2.1.1 程函方程 53

2.1.2　光线和几何光学的强度定律 55

2.2　光线的一般性质 57

2.2.1 光线方程 57

2.2.2　折射定律和反射定律 60

2.3.1 拉格朗日（Lagrange）积分不变式 61

2.3.2 费马（Fermat）原理 61

2.3　几何光学的其它基本定律 61

2.3.3 马吕斯（Malus）—杜平（Dupin）定理 62

第3章　光学成像的几何理论 64

3.1 理想成像和投影变换（Projective Transformation） 64

3.1.1　投影变换的一般考虑 64

3.1.2　轴对称投影变换 65

3.2　共轴投影变换成像的一般描述 67

3.2.1 符号规定 67

3.2.2　共轴投影系统的基点和基面 68

3.2.3 共轴投影光学系统的成像关系 69

3.2.4　共轴投影光学系统的组合 71

3.3.1　点特征函数 72

3.3　哈密顿特征函数 72

3.3.2　混合特征函数 73

3.3.3 角特征函数 75

3.3.4 旋转折射面的角特征函数的近似 76

3.4　高斯光学 79

3.4.1　旋转折射面 80

3.4.2　单透镜 82

3.4.3 薄透镜 83

3.4.4　物像空间不变式（拉—亥不变式） 84

3.5　光线追迹 85

3.5.1　斜子午光线 85

3.5.3　弧矢光线 87

3.5.2　傍轴光线 87

第4章　光波的干涉和干涉系统 91

4.1 两平面单色光波的干涉 92

4.2　光波产生干涉的条件 94

4.3　分波阵面法干涉 95

4.3.1 杨氏干涉实验 95

4.3.2　干涉条纹的可见度 99

4.3.3　光源尺度的影响 101

4.3.4 光源的非单色性的影响和时间相干性 103

4.4　分振幅法——平板的双光束干涉 106

4.4.1 平行平面板产生的等倾干涉 107

4.4.2　薄膜产生的等厚干涉 110

4.4.3　条纹的定域 114

4.5　双光束干涉仪器 118

4.5.1 迈克尔逊（Michelson）干涉仪 118

4.5.2 斐索（Fizeau）干涉仪 120

4.5.3 泰曼—格林（Twyman-Green）干涉仪 121

4.5.4　傅里叶变换光谱仪 122

4.5.5 马赫—泽德（Mach-Zehnder）干涉仪 123

4.6　多光束干涉 125

4.6.1 平行平面板的强度分布公式 125

4.6.2　干涉条纹的特征 128

4.6.3 干涉条纹锐度和条纹细度 129

4.6.4　频率特性 130

4.7　法布里—珀罗（Fabry-Perot）干涉仪 131

4.7.1 F-P干涉仪的结构与工作原理 132

4.7.2　F-P干涉仪用做光谱线的精细结构研究 134

4.7.3 角色散 137

4.8　干涉滤光片 137

第5章　衍射理论基础 141

5.1　惠更斯—菲涅耳原理 142

5.2　基尔霍夫衍射公式 143

5.2.1 基尔霍夫积分定理 144

5.2.2　基尔霍夫衍射理论 146

5.2.3 菲涅耳近似和夫琅和费近似 149

5.3.1 矩形孔衍射 153

5.3　夫琅和费衍射 153

5.3.2　单狭缝衍射 156

5.3.3 圆孔衍射 157

5.3.4　其它形状光孔的衍射 160

5.4　夫琅和费衍射和傅里叶变换 161

5.4.1 夫琅和费衍射的意义 162

5.4.2 夫琅和费衍射图样的特点 163

5.5　光学成像系统的分辨本领 165

5.5.1 瑞利判据 165

5.5.2　几种光学成像系统的分辨本领 167

5.6　夫琅和费多缝衍射 170

5.6.1 多缝衍射的光强分布 171

5.6.2　光强分布公式的讨论 172

5.7　衍射光栅 174

5.7.1　光栅的分布特性 175

5.7.2　正弦（振幅）光栅 177

5.7.3 闪耀光栅 180

5.7.4　光栅光谱仪 182

5.8　菲涅耳衍射 183

5.8.1 衍射积分 183

5.8.2　菲涅耳积分 184

5.8.3 菲涅耳直边衍射 188

6.1.1 关于理想成像光学系统的概要 190

6.1　广角光锥的无像散条件 190

第6章　像差概论 190

6.1.2　正弦（Sine）条件和赫谢尔（Herschel）条件 191

6.1.3　像散光锥（AstigmaticPencils of Rays） 193

6.2　波像差与光线像差 194

6.2.1　研究几何像差的前提条件 194

6.2.2　几种常见的几何像差 196

6.2.3　波像差与光线像差 200

6.3　衍射像差 208

6.4　像差函数的展开 211

6.4.1 像差函数的泽尼克（Zernike）圆多项式的展开 211

6.4.2　初级像差的容差条件 212

6.5 出瞳波阵面的校正——自适应光学简介 213

第7章　扩展物体的成像 217

7.1　相干照明成像 217

7.2　非相干照明成像 220

第8章　光度学与色度学 225

8.1　光度学的基本概念 225

8.1.1 一般描述 225

8.1.2　光度学参数的物理考虑 227

8.1.3　辐射度量的实用单位 229

8.2　传播过程中的辐射度量 230

8.2.1 传播过程中的辐照度 230

8.2.2　传播过程中的辐射亮度 231

8.2.3　介质交界面的辐射亮度 232

8.2.4　成像光学系统的光照度 233

8.3　色度学初步 236

8.3.1 颜色的基本描述参数 236

8.3.2 色光混合和色料混合 238

8.3.3 色度坐标和色度图 239

8.3.4　1931CIE标准色度系统 240

8.3.5　CIE 1964补充标准色度系统 249

8.3.6　在CIE色度图中的颜色参量 250

第9章　光场的二阶相干性基础——标量场理论 253

9.1　二阶相干性的基本描述 254

9.1.1 时间相干性 254

9.1.2　空间相干性 255

9.2　典型相干实验的数学描述 256

9.3　准单色条件和互谱纯条件 261

9.4　互相干性的传播 267

9.4.1 传播方程的一般考虑 267

9.4.2　互相干函数的极限形式 270

9.4.3 范西特—泽尼克（Van Cittert-Zernike）定理 273

第10章　相干性与辐射 277

10.1　一般考虑 277

10.2　Schell模型光源，准均匀源 280

10.3　平面上的辐射，二次源 284

10.3.1 一般形式 284

10.3.2 准均匀平面光源的辐射 287

10.3.3　逆问题 289

10.4　等效理论 293

10.5　光束 298

10.5.1 光波场的角谱表述 298

10.5.2　单色高斯光束 301

10.5.3 一般意义上的部分相干光束 304

10.5.4　Gaussian-Schell模型光束 306

10.5.5 应用实例：激光束的光束质量 313

第11章　辐射的统计特性 316

11.1　典型光源的一阶统计特性 316

11.1.1　偏振热光 316

11.1.3　部分偏振热光的数学描述 318

11.1.2　非偏振热光 318

11.1.4　部分偏振热光的一阶统计 327

11.1.5　激光 328

11.2　积分时间问题 330

11.2.1 一般考虑 330

11.2.2 强度积分的概率密度函数 333

11.2.3 互强度与积分时间 334

11.3　光辐射探测的统计基础 340

11.3.1　基本考虑 340

11.3.2　经典随机涨落 342

11.3.3 简并参量 345

附录　习题 347

参考文献 358