绪论 1
第1章 光的电磁理论 3
1.1 光的电磁波性质 3
1.2 平面电磁波 7
1.2.1 波动方程的平面波解 7
1.2.2 平面简谐波 8
1.2.3 一般坐标系下的波函数 9
1.2.4 复数形式的波函数 9
1.2.5 平面简谐波的复振幅 10
1.2.6 平面电磁波的性质 11
1.3 球面波和柱面波 12
1.3.1 球面波的波函数 12
1.3.2 球面波的复振幅 13
1.3.3 柱面波的波函数 14
1.4 光源和光的辐射 15
1.4.1 光源 15
1.4.2 光辐射的经典模型 16
1.4.3 辐射能 17
1.4.4 对实际光波的认识 19
1.5 电磁场的边值关系 19
1.6 光在两介质分界面上的反射和折射 21
1.6.1 反射定律和折射定律 21
1.6.2 菲涅耳公式 22
1.6.3 菲涅耳公式的讨论 24
1.6.4 反射率和透射率 26
1.6.5 反射和折射产生的偏振 27
1.7 全反射 29
1.7.1 反射系数和位相变化 29
1.7.2 隐失波 31
1.7.3 隐失波应用举例 32
1.8 光波在金属表面的透射和反射 34
1.8.1 金属中的透射波 34
1.8.2 金属表面的反射 36
1.9 光的吸收、色散和散射 38
1.9.1 光的吸收 38
1.9.2 光的色散 40
1.9.3 光的散射 43
习题 45
第2章 光波的叠加与分析 48
2.1 两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加 48
2.1.1 代数加法 48
2.1.2 复数方法 50
2.1.3 相幅矢量加法 51
2.2 驻波 52
2.2.1 驻波的形成 52
2.2.2 驻波实验 53
2.3 两个频率相同、振动方向互相垂直的光波的叠加 54
2.3.1 椭圆偏振光 54
2.3.2 几种特殊情况 55
2.3.3 左旋和右旋 56
2.3.4 椭圆偏振光的强度 57
2.3.5 利用全反射产生椭圆和圆偏振光 57
2.4 不同频率的两个单色光波的叠加 59
2.4.1 光拍 59
2.4.2 群速度和相速度 60
2.5 光波的分析 63
2.5.1 周期性波的分析 63
2.5.2 非周期性波的分析 65
习题 68
第3章 光的干涉和干涉仪 71
3.1 实际光波的干涉及实现方法 71
3.1.1 相干条件 71
3.1.2 光波分离方法 73
3.2 杨氏干涉实验 74
3.2.1 干涉图样的计算 74
3.2.2 等光程差面与干涉条纹形状 76
3.3 分波前干涉的其他实验装置 78
3.4 条纹的对比度 81
3.4.1 光源大小的影响 82
3.4.2 光源非单色性的影响 86
3.4.3 两相干光波振幅比的影响 89
3.5 相干性理论 91
3.5.1 互相干函数和复相干度 91
3.5.2 时间相干度 92
3.5.3 空间相干度 94
3.6 平行平板产生的干涉 94
3.6.1 条纹的定域 95
3.6.2 等倾条纹 96
3.6.3 圆形等倾条纹 97
3.6.4 透射光条纹 99
3.7 楔形平板产生的干涉 101
3.7.1 定域面的位置及定域深度 101
3.7.2 楔形平板产生的等厚条纹 102
3.7.3 等厚条纹的应用 105
3.8 用牛顿环测量透镜的曲率半径 107
3.8.1 测量原理及精确度 107
3.8.2 检验光学零件表面质量 108
3.9 平面干涉仪 109
3.10 迈克耳孙干涉仪 110
3.11 泰曼干涉仪和傅里叶变换光谱仪 112
3.11.1 泰曼干涉仪 112
3.11.2 傅里叶变换光谱仪 114
3.12 马赫－泽德干涉仪 115
习题 117
第4章 多光束干涉与光学薄膜 120
4.1 平行平板的多光束干涉 120
4.1.1 干涉场的强度公式 120
4.1.2 多光束干涉图样的特点 122
4.1.3 干涉条纹的锐度 123
4.2 法布里－珀罗干涉仪和陆末－盖尔克板 124
4.2.1 法布里－珀罗干涉仪 124
4.2.2 F－P干涉仪的应用 126
4.2.3 陆末－盖尔克板 129
4.3 多光束干涉原理在薄膜理论中的应用 131
4.3.1 单层膜 131
4.3.2 双层膜和多层膜 135
4.3.3 干涉滤光片 138
4.4 薄膜系统光学特性的矩阵计算方法 142
4.4.1 薄膜的特征矩阵 142
4.4.2 膜系反射率的计算 144
4.5 薄膜波导 146
4.5.1 薄膜波导的传播模式 147
4.5.2 薄膜波导中的场分布 149
4.5.3 薄膜波导的光耦合 151
习题 152
第5章 光的衍射 154
5.1 惠更斯－菲涅耳原理 154
5.2 基尔霍夫衍射理论 156
5.2.1 亥姆霍兹－基尔霍夫积分定理 156
5.2.2 菲涅耳－基尔霍夫衍射公式 158
5.2.3 巴俾涅原理 160
5.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 160
5.3.1 两类衍射现象的特点 160
5.3.2 两类衍射的近似计算公式 161
5.4 矩孔和单缝的夫琅禾费衍射 163
5.4.1 夫琅禾费衍射装置 163
5.4.2 夫琅禾费衍射公式的意义 164
5.4.3 矩孔衍射 166
5.4.4 单缝衍射 168
5.5 圆孔的夫琅禾费衍射 170
5.5.1 强度公式 171
5.5.2 衍射图样分析 172
5.6 光学成像系统的衍射和分辨本领 173
5.6.1 成像系统的衍射现象 173
5.6.2 在像面观察的夫琅禾费衍射 173
5.6.3 成像系统的分辨本领 175
5.6.4 棱镜光谱仪的色分辨本领 177
5.7 双缝夫琅禾费衍射 180
5.7.1 双缝衍射强度分布 180
5.7.2 瑞利干涉仪 183
5.8 多缝夫琅禾费衍射 184
5.8.1 强度分布公式 184
5.8.2 多缝衍射图样 185
5.9 衍射光栅 189
5.9.1 光栅的分光性能 189
5.9.2 闪耀光栅 192
5.9.3 迈克耳孙阶梯光栅 193
5.9.4 凹面光栅 194
5.9.5 正弦（振幅）光栅 194
5.9.6 三维光栅 196
5.10 圆孔和圆屏的菲涅耳衍射 198
5.10.1 菲涅耳衍射 198
5.10.2 菲涅耳波带法 199
5.10.3 圆孔衍射图样 201
5.10.4 圆屏的菲涅耳衍射 202
5.10.5 菲涅耳波带片 203
5.11 直边的菲涅耳衍射 207
5.11.1 菲涅耳积分及其图解 207
5.11.2 半平面屏的菲涅耳衍射 210
5.11.3 单缝菲涅耳衍射 211
5.11.4 矩孔菲涅耳衍射 213
5.12 全息照相 213
5.12.1 什么是全息照相 213
5.12.2 全息照相原理 215
5.12.3 全息照相的特点和要求 218
5.12.4 全息照相应用举例 219
习题 222
第6章 傅里叶光学 226
6.1 平面波的复振幅及空间频率 226
6.1.1 平面波沿传播方向的复振幅分布 226
6.1.2 平面波在一个平面上的复振幅分布 227
6.2 单色波场中复杂的复振幅分布及其分解 230
6.2.1 单色波场中复杂的复振幅分布 230
6.2.2 透镜的透射系数 232
6.2.3 复杂复振幅分布的分解 234
6.3 衍射现象的傅里叶分析方法 235
6.3.1 夫琅禾费近似下衍射场与孔径场的变换关系 235
6.3.2 夫琅禾费衍射的计算实例 236
6.3.3 菲涅耳衍射的傅里叶变换表达式 239
6.4 透镜的傅里叶变换性质和成像性质 242
6.4.1 傅里叶变换性质 242
6.4.2 透镜的成像性质 244
6.5 相干成像系统分析及相干传递函数 248
6.5.1 成像系统的普遍模型 249
6.5.2 成像系统的线性和空间不变性 249
6.5.3 扩展物体的成像 250
6.5.4 相干传递函数（CTF） 251
6.6 非相干成像系统分析及光学传递函数 254
6.6.1 非相干系统的成像 254
6.6.2 光学传递函数（OTF） 255
6.6.3 OTF与CTF的关系 257
6.6.4 衍射受限系统的OTF 257
6.6.5 有像差系统的传递函数 260
6.7 阿贝成像理论和阿贝－波特实验 262
6.7.1 阿贝成像理论 262
6.7.2 阿贝－波特实验 264
6.8 相干光学信息处理 265
6.8.1 相干光学处理系统 266
6.8.2 处理举例 267
6.9 非相干光学信息处理 275
习题 276
第7章 光的偏振与晶体光学基础 280
7.1 偏振光和自然光 280
7.1.1 偏振光和自然光的特点 280
7.1.2 从自然光获得线偏振光的方法 281
7.1.3 马吕斯定律和消光比 283
7.2 晶体的双折射 285
7.3 双折射的电磁理论 287
7.3.1 晶体的各向异性及介电张量 287
7.3.2 单色平面波在晶体中的传播 288
7.4 晶体光学性质的图形表示 292
7.4.1 折射率椭球 292
7.4.2 波矢面 294
7.4.3 法线面 296
7.4.4 光线面 297
7.5 光波在晶体表面的反射和折射 301
7.5.1 波法线方向的确定 301
7.5.2 直接得到光线方向的惠更斯作图法 303
7.5.3 双反射现象 306
7.6 晶体光学器件 306
7.6.1 偏振棱镜 306
7.6.2 波片 308
7.6.3 补偿器 309
7.7 偏振光和偏振器件的矩阵表示 312
7.7.1 偏振光的矩阵表示 312
7.7.2 正交偏振 313
7.7.3 偏振器件的矩阵表示 314
7.7.4 琼斯矩阵的本征矢量 317
7.8 偏振光的干涉 318
7.8.1 偏振光干涉原理 318
7.8.2 会聚偏振光的干涉 321
7.9 旋光性 323
7.9.1 旋光测量装置及旋光规律 323
7.9.2 旋光现象的解释 324
7.9.3 科纽棱镜 326
7.9.4 磁致旋光效应 326
7.10 晶体、液体和液晶的电光效应 328
7.10.1 克尔效应 328
7.10.2 泡克耳斯效应 329
7.10.3 液晶的电光效应 331
7.10.4 电光效应的应用 333
7.11 光测弹性效应和玻璃内应力测定 335
7.11.1 光测弹性效应 335
7.11.2 玻璃内应力的测定 336
7.12 晶体的非线性光学效应 338
7.12.1 倍频效应 339
7.12.2 混频效应 341
7.12.3 光折变效应 342
7.12.4 位相共轭光波的产生 343
7.12.5 光学双稳态 346
习题 348
附录A 场论的一些主要公式 352
附录B 傅里叶级数、傅里叶积分和傅里叶变换 352
附录C 卷积和相关 356
附录D δ函数 358
附录E 贝塞尔函数 359
附录F 矩阵 361
汉英名词索引 364
习题答案 369
参考文献 374