上篇 应用光学 3
第1章 几何光学的基本定律与成像概念 3
1.1 几何光学的基本概念 3
1.2 几何光学的基本定律及可逆性原理 4
1.2.1 几何光学的基本定律 4
1.2.2 全反射 5
1.2.3 光路的可逆性原理 6
1.3 费马原理 6
1.4 成像的概念 7
1.4.1 光学系统的基本概念 7
1.4.2 物和像的概念 8
第2章 球面和球面系统 10
2.1 光线经单个折射球面的折射 10
2.1.1 符号规则 10
2.1.2 光线经单个折射球面的实际光路的计算公式 11
2.1.3 光线经单个折射球面的近轴光路的计算公式 12
2.2 单个折射球面成像放大率及拉赫不变量 13
2.2.1 垂轴放大率 13
2.2.2 轴向放大率 14
2.2.3 角放大率 15
2.2.4 三种放大率之间的关系 15
2.2.5 拉赫不变量J 16
2.3 共轴球面系统 16
2.3.1 转面公式 16
2.3.2 共轴球面系统的拉赫公式 17
2.3.3 共轴球面系统的放大率公式 17
2.4 球面反射镜 18
2.4.1 球面反射镜的物像位置公式 18
2.4.2 球面反射镜的成像放大率 19
2.4.3 球面反射镜的拉赫不变量 19
第3章 理想光学系统 20
3.1 理想光学系统的基本特性 20
3.2 理想光学系统的基点和基面 21
3.3 理想光学系统的物像关系式 23
3.3.1 牛顿公式 23
3.3.2 高斯公式 23
3.4 理想光学系统两焦距之间的关系及拉赫公式 24
3.4.1 理想光学系统两焦距之间的关系 24
3.4.2 理想光学系统的拉赫公式 25
3.5 理想光学系统的放大率 25
3.5.1 垂轴放大率 25
3.5.2 轴向放大率 26
3.5.3 角放大率 27
3.5.4 三种放大率之间的关系 27
3.6 光学系统的节点和节平面 28
3.7 光学系统的图解求像 29
3.8 光学系统的光焦度 31
3.9 理想光学系统的组合 32
3.9.1 双光组组合 33
3.9.2 多光组组合 35
3.10 透镜与薄透镜 37
3.10.1 单个折射球面的基点和基面 38
3.10.2 透镜的基点和基面 39
3.10.3 薄透镜 43
3.10.4 实际光学系统基本量的计算 43
第4章 平面与平面系统 45
4.1 平面反射镜 45
4.1.1 单平面镜成像 45
4.1.2 双平面镜成像 47
4.2 平行平板 47
4.3 反射棱镜 50
4.3.1 反射棱镜的分类 50
4.3.2 反射棱镜的展开 53
4.3.3 反射棱镜成像方向的判定 54
4.4 折射棱镜 54
4.5 光楔 56
第5章 光学系统中的光束限制 58
5.1 光阑及其作用 58
5.2 孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳 60
5.3 视场光阑、入射窗和出射窗 61
5.4 光学系统的景深 64
5.5 远心光路 67
第6章 光度学和色度学基础 70
6.1 辐射量和光学量及其之间的关系 70
6.1.1 辐射量 70
6.1.2 光学量 71
6.1.3 光谱光视效率及光学量和辐射量之间的关系 73
6.2 光传播过程中光学量的变化规律 74
6.2.1 点光源在与之距离为r处的表面上形成的照度 74
6.2.2 面光源在与之距离为r处的表面上形成的照度 75
6.2.3 在同一介质的元光管中光通量和光亮度的传递 75
6.2.4 光束经界面反射和折射后光通量和光亮度的传递 76
6.2.5 余弦辐射体 77
6.3 成像系统像面的光照度 79
6.3.1 轴上像点的光照度 79
6.3.2 轴外像点的光照度 80
6.3.3 光通过光学系统时的能量损失 81
6.4 色度学基础 82
6.4.1 颜色的视觉 82
6.4.2 颜色匹配实验和颜色的表示方法 84
6.4.3 CIE标准照明体和标准光源 92
第7章 光线的光路计算及像差 93
7.1 像差概述 93
7.2 光线的光路计算 94
7.2.1 子午面内光线的光路计算 94
7.2.2 轴上点远轴光线的光路计算 95
7.2.3 轴外点远轴光线的光路计算 96
7.2.4 沿轴外点主光线细光束的光路计算 97
7.3 轴上点球差 99
7.4 正弦差及彗差 101
7.4.1 正弦差 101
7.4.2 彗差 103
7.5 像散与像面弯曲（场曲） 105
7.5.1 像散 105
7.5.2 像面弯曲（场曲）和轴外球差 106
7.6 畸变 108
7.7 色差 109
7.7.1 位置色差、色球差和二级光谱 110
7.7.2 倍率色差 111
7.8 波像差 112
第8章 典型光学系统 114
8.1 眼睛的构造及光学特性 114
8.1.1 眼睛的构造 114
8.1.2 眼睛的调节和适应 115
8.1.3 眼睛的缺陷和校正 116
8.1.4 眼睛的分辨率 117
8.2 放大镜 118
8.2.1 放大镜的放大率 118
8.2.2 放大镜的光束限制和视场 119
8.3 显微镜系统 121
8.3.1 显微镜的基本原理 121
8.3.2 显微镜的放大率 122
8.3.3 显微镜的结构 122
8.3.4 显微镜的光束限制 123
8.3.5 显微镜的分辨率 125
8.3.6 显微物镜 126
8.4 望远镜系统 127
8.4.1 望远镜的一般特性 127
8.4.2 望远系统的结构形式 128
8.4.3 望远系统的视觉放大率 128
8.4.4 望远系统的分辨率和工作放大率 129
8.4.5 望远镜物镜 129
8.4.6 望远镜目镜 130
8.5 摄影系统 133
8.5.1 摄像物镜的光学特性 133
8.5.2 摄影物镜的景深 135
8.5.3 摄影物镜的类型 136
8.6 投影系统 137
8.6.1 投影系统的基本参数 137
8.6.2 投影物镜的结构形式 138
8.6.3 照明系统 139
8.7 光学系统的外形尺寸计算 140
8.7.1 转像系统和场镜 140
8.7.2 带有对称透镜转像系统的望远镜 141
第9章 光学系统的像质评价和像差容限 145
9.1 几何像差的曲线表示 145
9.1.1 独立几何像差的曲线表示 145
9.1.2 垂轴几何像差的曲线（像差特征曲线）表示 147
9.2 瑞利（Reyleigh）判断和中心点亮度 149
9.2.1 瑞利判断 149
9.2.2 中心点亮度 150
9.3 分辨率 151
9.4 点列图 153
9.5 光学传递函数与成像质量 154
9.5.1 利用MTF曲线来评价成像质量 155
9.5.2 利用MTF曲线的积分值来评价成像质量 155
9.6 其它像质评价方法 156
9.6.1 基于几何光学的方法 156
9.6.2 基于衍射理论的方法 157
9.6.3 其它需要评价的成像质量 158
9.7 光学系统的像差公差 159
9.7.1 望远物镜和显微物镜的像差公差 160
9.7.2 望远目镜和显微目镜的像差公差 161
9.7.3 照相物镜的像差公差 161
下篇 波动光学 165
第10章 波动光学通论 165
10.1 波的概念与光的电磁理论基础 165
10.1.1 波的概念 165
10.1.2 光的电磁理论基础 166
10.2 波的数学描述 172
10.2.1 波的实数表示与时空周期性 172
10.2.2 波的复数表示与复振幅 179
10.2.3 波的矢量表示 183
10.3 波的叠加 183
10.3.1 波的独立传播定律与叠加原理 183
10.3.2 同频率简谐波叠加的一般分析及干涉概念 184
10.3.3 两列同频率、同向振动的平面波的叠加 185
10.3.4 两列同频率、同向振动、反向传播的平面波的叠加——光驻波 189
10.3.5 两列同频率、振动方向互相垂直、同向传播的平面波的叠加——椭圆偏振光 191
10.3.6 两列频率相近、同向振动、同向传播的平面波的叠加——光学拍 195
10.4 光的偏振态 198
10.4.1 完全偏振光——线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光 198
10.4.2 非偏振光——自然光 199
10.4.3 部分偏振光及偏振度 200
10.4.4 偏振片及其光强响应 201
10.5 波的傅里叶分析及时空域中的反比关系 204
10.5.1 波的傅里叶分析 204
10.5.2 波在空域和时域中的反比关系 208
10.6 光在两种各向同性介质界面的反射与折射 210
10.6.1 电磁场的连续条件与反射和折射定律 210
10.6.2 反射与折射时光的振幅比及菲涅耳公式 212
10.6.3 反射与折射时光的能流比与光强比 214
10.6.4 反射光与折射光的相位变化 218
10.6.5 反射光与折射光的偏振态 221
10.6.6 全反射与倏逝波 223
第11章 光的干涉理论及其应用 228
11.1 产生光波干涉的条件及双光束干涉的一般理论 228
11.1.1 产生光波干涉的条件 228
11.1.2 双光束干涉的一般理论 230
11.2 分波面双光束干涉装置与杨氏实验 236
11.2.1 分波面双光束干涉 236
11.2.2 分波面双光束干涉的其它实验装置 238
11.2.3 干涉条纹清晰程度的影响因素 243
11.3 分振幅双光束干涉 250
11.3.1 平板分振幅干涉 250
11.3.2 等倾干涉 251
11.3.3 等厚干涉 255
11.4 双光束干涉仪 260
11.4.1 迈克尔逊干涉仪 261
11.4.2 斐索干涉仪 265
11.4.3 马赫-曾德尔干涉仪 265
11.4.4 赛格纳克干涉仪 266
11.5 平行平板的多光束干涉 269
11.5.1 多光束干涉的光强分布 270
11.5.2 多光束干涉仪 274
11.5.3 多光束干涉的应用 278
11.6 薄膜光学简介 280
11.6.1 单层光学膜 281
11.6.2 多层光学膜 284
第12章 光的衍射理论及其应用 288
12.1 衍射的基本原理及分类 288
12.1.1 衍射现象概述 288
12.1.2 惠更斯-菲涅耳原理及平面屏衍射理论 289
12.1.3 衍射问题的近似处理及分类 294
12.2 菲涅耳衍射 297
12.2.1 菲涅耳衍射的分析方法 297
12.2.2 圆孔、圆屏及某些环扇形孔径的衍射 300
12.2.3 菲涅耳波带片 305
12.3 矩孔和单缝的夫琅和费衍射 309
12.3.1 夫琅和费衍射装置 309
12.3.2 夫琅和费衍射公式的意义 310
12.3.3 矩孔衍射 312
12.3.4 单缝衍射 315
12.4 圆孔夫琅和费衍射与光学仪器分辨率 317
12.4.1 圆孔夫琅和费衍射 317
12.4.2 光学成像系统的衍射和分辨本领 320
12.5 夫琅和费双缝和多缝衍射 325
12.5.1 双缝衍射光强的计算 325
12.5.2 多缝的干涉和衍射 328
12.6 衍射光栅与光栅光谱仪 331
12.6.1 平面衍射光栅 331
12.6.2 闪耀光栅 335
12.6.3 光栅光谱仪 337
12.7 夫琅和费衍射的一般性质及其它孔径的衍射 339
12.7.1 夫琅和费衍射的一般性质 339
12.7.2 某些其它孔径的夫琅和费衍射 340
12.8 全息技术 341
12.8.1 全息原理和全息图的种类 341
12.8.2 全息技术应用举例 344
12.9 傅里叶光学 347
12.9.1 傅里叶光学概述 347
12.9.2 薄透镜的傅里叶变换性质 347
12.9.3 光学傅里叶变换 349
12.9.4 光信息处理及其应用 351
12.10 二元光学 352
12.10.1 二元光学概述 352
12.10.2 二元光学的特点 353
12.10.3 二元光学器件的制作 354
12.10.4 二元光学的应用 355
12.11 近场光学 357
12.11.1 近场光学概述 357
12.11.2 近场光学原理 357
12.11.3 近场光学应用举例 358
第13章 光在晶体中的传播 360
13.1 平面光波在晶体中的传播 360
13.1.1 晶体双折射 360
13.1.2 平面光波在晶体中的传播特性 362
13.1.3 单轴晶体中的波面——惠更斯假设 372
13.1.4 平面波在单轴晶体内的传播——惠更斯作图法 374
13.1.5 单轴晶体中的光路计算 376
13.2 晶体光学器件及偏振光的检验 377
13.2.1 晶体光学器件 377
13.2.2 光通过波晶片后偏振态的变化和偏振光的检验 386
13.3 偏振光的干涉 390
13.3.1 平行偏振光的干涉 390
13.3.2 会聚偏振光的干涉 394
13.4 偏振态及其变换的矩阵描述 396
13.4.1 偏振态的表示——琼斯矢量 396
13.4.2 正交偏振 398
13.4.3 偏振器件的表示——琼斯矩阵 399
13.4.4 琼斯矢量和琼斯矩阵的运算 402
13.5 晶体的磁光、电光和声光效应 403
13.5.1 旋光和磁光效应 403
13.5.2 电光效应 407
13.5.3 声光效应 413
13.6 偏振光仪器 418
13.6.1 旋光仪 418
13.6.2 椭偏仪 419
参考文献 422