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第一章 几何光学的近轴理论 1

1.1 光线传播的基本规律 1

一 光线传播的实验定律 2

二 全内反射 3

三 费马原理 5

1.2 单一球面折（反）射的近轴成像 7

一 物和像 7

二 轴上物点成像 8

三 垂轴小平面物成像 主点 10

四 物像空间不变式 角放大率 节点 10

五 作图法 11

六 单球面近轴反射成像 12

1.3 薄透镜的近轴成像 14

一 薄透镜近轴成像公式 15

二 几对特殊共轭点 16

三 成像规律小结 16

1.4 共轴球面系统的基点 18

一 基点的意义 18

二 基点的实验确定法 18

三 用作图法求基点 20

四 基点位置的计算 20

1.5 近轴理论中的矩阵方法 21

一 光线状态的描述及其变换规律 21

二 系统矩阵 23

三 物像关系式 24

四 共轴球面系统的主点和焦点 26

思考题 29

习题 31

第二章 光阑与像差 35

2.1 成像光束的限制 光阑 35

一 孔径光阑 入射光瞳和出射光瞳 35

二 视场光阑 入射窗和出射窗 36

2.2 单色像差 38

一 球差 39

二 彗差 正弦条件和齐明点 40

三 像散和场曲 42

四 畸变 43

2.3 色差 44

一 消色差薄胶合透镜 44

二 消视角放大率色差的薄透镜组 47

思考题 47

习题 48

第三章 几何光学仪器 50

3.1 投影仪器和摄影仪器 50

一 投影仪器 50

二 摄影仪器 51

3.2 助视仪器 51

一 正常人眼 51

二 放大镜 53

三 显微镜 54

四 望远镜 55

五 目镜 56

3.3 棱镜分光仪器 57

一 棱镜摄谱仪 57

二 棱镜的偏向角 58

三 色散范围和角（线）色散 59

思考题 60

习题 60

第四章 光度和色度 62

4.1 光度学中的基本量 62

一 辐射通量和光通量视见函数 62

二 发光强度 64

三 面发光度和亮度 64

四 照度 65

4.2 像的亮度、照度和主观亮度 67

一 通过光学系统的光通量 67

二 像的亮度 68

三 像的照度 68

四 主观亮度 70

4.3 色度学简介 71

一 基础知识 71

二 加色与减色 71

三 表示色特征的三个量 73

四 色的表示和度量 73

五 标准三色系统［X］［Y］［Z］ 74

思考题 75

习题 75

第五章 光波场 77

5.1 光波场的数学描述 77

一 一维单色平面光波场 78

二 三维单色光波场 80

三 定态光波场 83

5.2 光是电磁波 84

5.3 光辐射的经典模型 85

一 电偶极子的辐射 85

二 辐射的阻尼 波列长度与谱线半宽度的关系 86

5.4 光波的能量和动量 89

一 光波的能量 光强 89

二 光波的动量 光压 90

5.5 光波的偏振态 91

一 线偏振光 91

二 圆偏振光 92

三 椭圆偏振光 93

四 自然光 94

五 部分偏振光 95

思考题 96

习题 97

第六章 光波在介质界面上的反射和折射 99

6.1 反射定律和折射定律 99

6.2 菲涅耳公式 100

一 推导菲涅耳公式 100

二 振辐反射比r和振幅透射比t 101

三 光强反射率R和光强透射率T 102

四 能流反射率？和能流透射率？ 102

6.3 史托克斯处理法 103

6.4 反射起偏和透射起偏 103

6.5 光在空气玻璃界面上的反射 104

一 n1＜n2的外反射 104

二 内反射（n1＞n2） 105

三 n1＞n2，i1＞ic时的全内反射 106

6.6 倏逝波 107

6.7 反射时的半波突变 108

思考题 110

习题 110

第七章 光的干涉 113

7.1 光波叠加原理和相干条件 113

一 光波叠加原理 113

二 有关干涉项的讨论 115

三 获得干涉的措施 115

7.2 分波前双光束干涉 116

一 杨氏干涉装置 116

二 其他干涉装置 119

三 梅斯林干涉装置 122

7.3 光波场的空间相干性 124

一 光源线宽b对干涉场可见度的影响 124

二 光波场的空间相干性 125

7.4 分振幅薄膜干涉 126

一 相邻两光波的位相差 127

二 薄膜等倾干涉条纹 127

三 薄膜等厚干涉条纹 129

四 薄膜干涉条纹的定域 131

7.5 迈克耳孙干涉仪 132

一 干涉仪结构 133

二 干涉仪的干涉条纹 133

三 补偿片G2的作用 134

四 付里叶变换光谱仪 136

7.6 光波场的时间相干性 137

7.7 法布里－珀罗干涉仪 138

— 装置结构 138

二 透射相干光强分布 139

三 法布里－珀罗干涉仪的精细度 140

四 作为高分辨本领分光元件 141

五 干涉滤光片 143

思考题 143

习题 145

第八章 光的衍射 147

8.1 光的衍射现象 147

一 什么是光的衍射 147

二 衍射屏和屏函数 148

三 菲涅耳衍射和夫琅和费衍射 149

8.2 惠更斯－菲涅耳原理 149

一 惠更斯原理及其困难 149

二 惠更斯－菲涅耳原理 150

三 基尔霍夫衍射积分公式 151

8.3 基尔霍夫公式的近似和衍射区域的划分 152

8.4 菲涅耳圆孔和圆屏衍射 154

一 菲涅耳半波带法 154

二 振幅矢量图解法 157

三 菲涅耳圆孔衍射 158

四 菲涅耳圆屏衍射 159

8.5 波带片 161

一 波带片的制作原理 161

二 波带片的焦点 162

三 波带片对轴上物点成像的规律 163

8.6 夫琅和费单狭缝和矩孔衍射 164

一 单狭缝 164

二 矩孔 168

8.7 夫琅和费圆孔衍射 光源的共轭像面上的衍射场 170

一 夫琅和费圆孔衍射 170

二 光源的共轭像面上的衍射场 172

8.8 互补屏 巴俾涅原理 173

8.9 成像仪器的像分辨本领 173

一 分辨本领的概念 瑞利判据 173

二 人眼的分辨本领 175

三 望远镜的分辨本领 自适应光学技术 175

四 显微镜的分辨本领 177

五 照相机的分辨本领 179

8.10 多缝的夫琅和费衍射 180

8.11 衍射光栅 183

一 平面透射振幅光栅 183

二 闪耀光栅 186

三 正弦振幅光栅 188

8.12 泰保效应 190

8.13 X射线的衍射 191

一 概述 191

二 布喇格公式 192

三 X射线衍射的实验方法 194

8.14 全息照相 195

一 什么是全息照相 195

二 全息照相的原理 196

三 全息图的主要类型 199

四 全息照相的特点及应用举例 201

五 拍摄全息图的要求 202

思考题 202

习题 204

第九章 付里叶光学基础 207

9.1 预备知识 207

一 付里叶变换 207

二 线性空间不变系统的输入输出描述法 209

三 卷积 213

9.2 对菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的再认识 216

一 衍射现象 216

二 菲涅耳衍射 217

三 夫琅和费衍射 219

9.3 理想薄透镜的付里叶变换性质 219

一 球面透镜的作用 219

二 物紧靠透镜 221

三 物放在透镜的前面 222

9.4 付里叶变换的基本性质 224

一 运算的对应关系 224

二 函数的对应和它们的物理意义 226

9.5 从波动光学的观点研究透镜的成像作用 228

一 两透镜成像 228

二 单透镜成像 229

9.6 三种常用的相干光图像处理系统 231

一 三透镜4F系统 231

二 两透镜系统 231

三 单透镜系统 232

9.7 空间滤波和光信息处理 233

一 衍射光栅的实验 234

二 网格实验 236

三 相衬法 237

四 0调制实验 238

五 二元图像的光逻辑运算 238

思考题 238

习题 239

第十章 晶体的光学性质 241

10.1 各向异性介质的极化和极化张量 241

10.2 双折射 243

一 双折射现象及其特点 243

二 解释双折射现象的预备知识 244

三 用波面的概念解释双折射现象 249

10.3 偏振棱镜和波晶片 250

一 偏振棱镜 251

二 人造偏振片 252

三 马吕斯定律 253

四 波晶片 253

五 巴俾涅和索累补偿器 255

10.4 各类偏振光的分析与检验 258

10.5 偏振光干涉 260

一 平行偏振光的干涉 260

二 会聚偏振光的干涉 263

10.6 旋光现象 264

一 旋光现象 265

二 旋光现象的解释及验证 266

10.7 磁光效应 268

一 法拉第效应 269

二 磁光效应的应用 270

三 佛克脱效应和康顿—莫顿效应 270

10.8 电光效应 271

一 克尔效应 271

二 泡克尔斯效应 272

三 电光效应的应用 273

10.9 光弹效应 274

10.10 偏振的矩阵表示 276

一 偏振光的矩阵表示 276

二 正交偏振 278

三 线性偏振器件的琼斯矩阵 279

四 光偏振态的变换 280

思考题 281

习题 283

第十一章 介质对光的吸收和色散 286

11.1 介质对光的吸收 286

11.2 吸收光谱和物体的颜色 288

11.3 光在介质中的色散 292

11.4 色散和吸收的经典电子理论 294

11.5 相速和波包的群速 300

11.6 金属的光学性质 304

思考题 308

习题 308

第十二章 热辐射和光子概念 310

12.1 辐射量及热辐射的特征 310

12.2 基尔霍夫定律和黑体辐射 312

12.3 普朗克辐射公式和能量子假设 315

12.4 光电效应和光子 318

12.5 光的波粒二象性 322

12.6 光测高温方法 324

思考题 328

习题 329

第十三章 光的散射 330

13.1 光散射的基本概念 330

13.2 自由电子对光的散射 332

一 自由电子的汤姆孙散射 332

二 自由电子的康普顿散射 333

13.3 中性原子和分子对光的弹性散射——瑞利散射和康普顿散射 334

一 瑞利散射 334

二 光学共振 336

三 康普顿散射 337

13.4 原子和分子对光的非弹性散射——喇曼散射和布里渊散射 338

13.5 细粒的米氏散射 342

习题 344

第十四章 激光和非线性光学 345

14.1 光的自发辐射 受激辐射和受激吸收 345

一 光的发射、吸收和受激发射 345

二 自发辐射、受激吸收和受激辐射的关系 346

三 爱因斯坦关系式的物理意义 347

14.2 粒子数反转及光抽运 347

一 粒子数反转 347

二 光抽运 348

三 实现粒子数反转的两种系统 348

14.3 激光器的基本结构和激光的形成 350

一 激光器的基本结构 350

二 工作物质的放大作用 350

三 谐振腔 351

四 阈值条件 351

14.4 激光的频率特性 纵模和横模 352

一 谐振腔的作用 353

二 纵模间隔 激光的线宽 353

三 激光的横模 354

14.5 激光的特性和应用 356

一 激光的特性 356

二 激光的应用 356

14.6 非线性光学概述 357

14.7 光学倍频效应 359

一 二次谐波的产生 359

二 位相匹配 360

14.8 光学混频 参量放大及振荡 362

一 光学混频效应 362

二 光学参量放大与振荡 362

14.9 其它非线性光学效应 363

一 光束的自作用现象 363

二 双光子激发 364

三 光学双稳态效应 364

习题 366

习题答案 367