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第一篇 几何光学 1
第一章 几何光学的基本原理 1
1-1 光的直线传播定律与独立传播定律 1
1-2 光的反射定律和折射定律 2
1-2-1 反射定律 2
1-2-2 折射定律 3
1-2-3 两定律数学形式的统一 4
1-2-4 全反射 5
1-2-5 折射定律的作图表示法 5
1-3 费马原理 6
1-4 物与象的概念 8
1-5 平面镜成象及其特点 9
1-6 双面镜 10
1-7 光线经过平行平板时的折射 11
1-8 反射棱镜 12
1-9 光线在棱镜主截面内的折射 14
第二章 光线经过球面系统时的折射 17
2-1 球面折射光路的三角公式 17
2-2 物平面用细光束成象分析 19
2-3 横向放大率 拉赫公式 20
3-2 理想光组的基点基面 21
第三章 理想光组理论 21
3-1 理想光组的基本假设及其推论 21
3-3 光组的作图求象 22
3-4 光组的解析求象 23
3-5 焦距间的关系和拉赫方程式 25
3-6 放大率 26
3-7 复合光组 27
3-7-1 两个共轴光组的复合 27
3-7-2 若干个共轴光组的复合 29
3-8 透镜 30
3-9-2 归一化腔多次反射象的一般式 31
3-9 谐振腔稳定性分析 32
3-9-1 连分式的解析解 33
3-9-3 重合方程与再现问题 35
3-9-4 关于一般腔的稳定性问题和稳定图 37
第四章 光组中的光束限制 40
4-1 光束限制的共轭原理 40
4-2 轴上物点成象光束的限制 41
4-3 成象空间的限制和渐晕 41
4-4 空间物在平面上成的投影象 43
5-1 矩阵初步 46
5-1-1 线性变换与变换矩阵 46
第五章 傍轴矩阵光学 46
5-1-2 矩阵的基本运算 49
5-2 共轴系统对傍轴光的传输矩阵 55
5-3 串联系统的传输矩阵 59
5-4 激光谐振腔的传输矩阵 62
第六章 象差 64
6-1 轴上点大光束成象的误差分析 64
6-2 初级象差的普遍式 66
6-3 球差 70
6-4 彗形象差 72
6-5 象散和象面弯曲 75
6-6 畸变 78
6-7 色差 79
6-8 用非球面校正象差 82
第七章 典型光学系统 86
7-1 人眼 86
7-2 放大镜 88
7-3 显微镜 89
7-4 望远镜 91
7-4-1 望远光组及其特点 91
7-4-2 望远镜的放大率Г与望远原理 92
7-4-3 开普勒望远镜和伽利略望远镜 93
7-4-4 反射望远镜与折反射望远镜 94
7-5 照相物镜 96
第八章 光能与光度学 98
8-1 视见函数与光通量 98
8-2 发光强度 照度 发光度 100
8-3 亮度 102
8-4 象的亮度B′和照度E′ 102
8-5 主观亮度 104
8-6 光度学计算单位 105
9-1 光学系统设计步骤概述 106
9-2 望远光组的光学性能选择 106
第九章 外形尺寸计算举例 106
9-3 棱镜式望远镜外形尺寸计算 109
第二篇 光的干涉和衍射理论 112
第十章 专业数学 112
10-1 卷积 112
10-1-1 卷积的概念 112
10-1-2 卷积的性质 113
10-1-3 多元函数的卷积及其性质 114
10-1-4 成象的卷积计算 115
10-2 高斯分布 119
10-2-1 高斯分布的数学形式 119
10-2-2 高斯函数的归一性 119
10-2-3 高斯分布曲线 121
10-2-4 独立的二维高斯分布 122
10-3 贝塞尔函数 123
10-3-1 Г函数 123
10-3-2 贝塞尔微分方程与贝塞尔函数 124
10-3-3 贝塞尔函数的基本性质 128
10-4 δ函数 136
10-4-1 δ函数的概念和定义方法 136
10-4-2 δ函数的性质 140
10-4-3 二维δ函数 143
10-5-1 傅里叶积分作为傅里叶级数的极限 145
10-5 傅里叶变换 145
10-5-2 傅里叶积分定理与傅里叶变换 147
10-5-3 傅里叶变换的基本定理 148
10-5-4 关于δ函数的傅里叶变换 153
10-5-5 一维抽样定理 154
10-5-6 二重傅里叶级数与二维傅里叶积分 157
10-5-7 二元函数的傅里叶积分定理 158
10-5-8 二维傅里叶变换及若干说明 159
10-5-9 二维傅里叶变换的基本定理 161
10-5-10 傅里叶-贝塞尔变换 165
10-5-11 二维抽样定理 168
10-5-12 傅里叶变换举例 170
10-6 相关 173
10-6-1 互相关函数和自相关函数的定义 174
10-6-2 相关函数的运算性质 174
10-7 韦伯--厄密特函数与厄密特多项式 176
10-8 线性系统分析 180
10-8-1 线性系统的概念 180
10-8-2 线性性质和迭加积分 181
10-8-3 线性不变系统与传递函数 182
第十一章 光振动与光波 183
11-1 谐振动及其数学表示 183
11-2 谐振动的能量 184
11-3 复杂振动的傅里叶分析法 185
11-3-1 周期现象的傅里叶分析法 185
11-3-2 频谱的概念 186
11-3-3 傅里叶展开式的复数形式 187
11-3-4 非周期现象的傅里叶分析法 190
11-4 谐振动的合成 193
11-4-1 同方向同频率振动的合成 193
11-4-2 相互垂直的两同频率谐振动的合成 195
11-5 谐振动的复数表示法 197
11-6 麦克斯韦方程组与电磁波 199
11-6-1 麦克斯韦方程组的微分形式 199
11-6-2 物质方程 203
11-6-3 电磁波与波动方程 204
11-6-4 平面简谐波 205
11-6-5 球面简谐波 207
11-7 电磁波的能量 207
11-8 光在各向同性透明媒质中传播的特点 209
11-9 突变面处的边界条件 213
11-10 关于单色波 216
11-10-1 振幅变化引起的频率扩展问题 216
11-10-2 作用时间对频谱分布的影响 217
11-11 惠更斯原理 218
11-11-2 用惠更斯原理导出折射定律 219
11-11-1 用惠更斯原理导出反射定律 219
11-11-3 用惠更斯原理解释光的色散 220
11-12 光波的迭加原理和干涉现象 221
11-13 驻波与腔的谐振条件 223
11-13-1 驻波的概念 223
11-13-2 驻波的波动方程 224
11-13-3 驻波的特点 224
11-13-4 激光腔的谐振条件 225
11-13-5 驻波场的？、？矢量图 226
11-14 光组的等光程性 正弦条件(附录) 227
12-1-1 光学中相干波的产生 230
第十二章 干涉理论和干涉仪 230
12-1 两单色平面光波的干涉 230
12-1-2 双光束干涉的光强分布 233
12-1-3 反衬度与调制度的概念 235
12-2 谱线宽度和光源线度对条纹的影响 236
12-2-1 谱线宽度对条纹清晰度的影响 236
12-2-2 光源线度对条纹清晰度的影响 238
12-3 薄膜的干涉 241
12-3-1 薄膜干涉的光程差公式 241
12-3-2 薄膜的等倾干涉 243
12-3-3 薄膜的等厚干涉 246
12-3-4 薄膜干涉的容许厚度 248
12-4 干涉仪 249
12-4-1 迈克尔逊干涉仪 250
12-4-2 泰曼干涉仪 252
12-4-3 斐索干涉仪 253
12-4-4 雅明干涉仪 254
12-4-5 瑞利干涉仪 259
12-4-6 马赫-泽德干涉仪 259
第十三章 标量衍射理论 262
13-1 光的衍射现象 262
13-2-2 关于光波在空间的传播问题 263
13-2-1 原理的叙述 263
13-2 惠更斯-菲涅耳原理 263
13-2-3 菲涅耳波带片 270
13-3 基尔霍夫衍射理论 271
13-3-1 单色波的基尔霍夫积分定理 271
13-3-2 基尔霍夫积分定理的普遍式 274
13-3-3 基尔霍夫衍射理论 276
13-4 夫琅和费衍射和菲涅耳衍射 279
13-4-1 衍射积分计算公式与衍射分类 280
13-4-2 夫琅和费条件分析 282
13-4-3 夫琅和费衍射积分公式 284
13-4-4 菲涅耳衍射积分公式 289
13-5 矩孔和狭缝的夫琅和费衍射 294
13-5-1 矩孔夫琅和费衍射图样分析 294
13-5-2 线光源经矩孔衍射的图样分析 297
13-6 圆孔和环状光孔的夫琅和费衍射 300
13-6-1 圆孔的夫琅和费衍射图样分析 300
13-6-2 关于光学仪器的理论鉴别角 305
13-6-3 环状光孔的夫琅和费衍射图样分析 307
13-7 缩放定理 308
13-8 多个同形光孔的夫琅和费衍射 309
13-9-1 衍射光栅及其透射函数 311
13-9 衍射光栅 311
13-9-2 一维光栅的衍射图样分析 312
13-9-3 光栅分辨光谱的本领 316
13-9-4 定向光栅 317
13-9-5 全息光栅 318
13-9-6 莫阿条纹 319
13-10 显微镜中的成象 320
13-10-1 不相干照明时显微镜的鉴别率 321
13-10-2 相干照明的显微镜成象理论 322
13-10-3 相干照明的相物体观察法 324
13-11 直边菲涅耳衍射 325
第十四章 高斯光束 329
14-1 高斯光束及其数学表达式 329
14-1-1 高斯光束的概念 329
14-1-2 高斯光束的数学表达式 330
14-2 高斯光束的特点 333
14-2-1 高斯光束的波面 334
14-2-2 高斯光束的振幅分布 334
14-3 高斯光束通过薄透镜时的变换 336
14-4 高斯光束的聚集 342
14-5 高斯光束的准直 342
15-1 薄透镜的位相变换作用 344
第十五章 透镜作用的分析 344
第三篇 傅里叶光学 344
15-2 透镜的傅里叶变换性质 347
15-2-1 平面开孔菲涅耳衍射的卷积表示法 347
15-2-2 物平面紧靠透镜前表面时的性质 349
15-2-3 物平面位于透镜前方时的性质 350
15-2-4 物平面位于透镜后方时的性质 353
15-3 透镜的成象分析 355
15-3-1 正透镜的脉冲响应 355
15-3-2 脉冲响应h表达式的化简 356
15-3-3 物体与象之间的关系 358
第十六章 光学传递函数 360
16-1 成象系统的一般分析 360
16-1-1 成象系统的普遍模型 360
16-1-2 成象系统的衍射效应分析 361
16-1-3 准单色光照明时物象关系分析 364
16-2 相干成象系统的传递函数Ho 367
16-2-1 无象差系统的相干传递函数 367
16-2-2 He与系统物理性质的联系 367
16-2-3 有象差系统的相干传递函数 368
16-2-4 相干传递函数举例 369
16-3-1 非相干光学传递函数 371
16-3 非相干系统的光学传递函数Ho 371
16-3-2 OTF与相干传递函数的关系 372
16-3-3 无象差系统的OTF 373
16-3-4 无象差系统的OTF计算举例 374
16-3-5 OTF的一般性质 377
16-3-6 调制传递函数MTF的意义 379
16-3-7 象差对OTF的影响 380
16-4 串联成象系统的传递函数 383
16-5 相干成象与不相干成象的比较 384
17-1-2 底片构造与曝光过程 386
17-1-1 照相底片的作用 386
17-1 照相底片的基本性质 386
第十七章 空间滤波和光学信息处理 386
17-1-3 底片的特性 387
17-1-4 胶片用于非相干系统时的变换特性 388
17-1-5 胶片用于相干系统时的变换特性 390
17-2 基本的相干光学处理系统 391
17-2-1 空间频谱分析系统 391
17-2-2 空间频率滤波系统 392
17-2-3 光学相关系统 396
17-3 特征识别 397
17-3-1 基本原理 397
17-3-2 复数空间滤波器的制作与识别方法 398
17-4-1 相干处理系统的矩阵乘法运算 401
17-4 矩阵乘法运算与多路一维运算 401
17-4-2 相干处理系统的多路一维运算 403
17-5 非相干处理系统 403
17-5-1 乘积的积分系统 403
17-5-2 扫描卷积系统 404
17-5-3 无扫描卷积系统 405
17-5-4 双极性信号的处理技术 406
第十八章 全息术 407
18-1 引言 407
18-2 全息术的一般原理 408
18-2-1 光波振幅与位相信息的记录 408
18-2-2 物光波的再现 409
18-3 点源全息图分析 410
18-3-1 全息图的振幅透射率 410
18-3-2 物光波的再现与象的横向放大率 411
18-4 平面波全息图分析 414
18-5 关于物体的漫射照明 416
18-6 傅里叶变换全息图 417
18-6-1 两种全息图的分辨率 417
18-6-2 无透镜傅里叶变换全息 420
18-7 体积全息 422
18-7-1 基元全息图结构分析 422
18-7-3 反射式全息图 424
18-7-2 布喇格条件 424
18-8-1 二步彩虹全息 425
18-8 彩虹全息 425
18-8-2 一步彩虹全息 427
18-8-3 一步彩虹全息图应用举例 428
18-9 全息干涉计量术 429
18-9-1 单次曝光全息干涉计量术 429
18-9 -2 二次曝光全息干涉计量术 431
18-9-3 时间平均全息干涉计量术 432
第十九章 薄膜光学基础 433
19-1 光在两透明媒质分界面上的反射和折射 433
第四篇 光在界面上和在各向异性媒质中的行为 433
19-1-1 菲涅耳公式的推导 434
19-1-2 菲涅耳公式的讨论 438
19-1-3 界面的反射率R和透射率T 439
19-1-4 全反射条件下的菲涅耳公式 442
19-1-5 布懦斯特定律及其物理解释 444
19-2 多束光干涉与F-P干涉仪 446
19-2-1 平面平行媒质的多束光干涉 447
19-2-2 F-P(法布里-珀罗)干涉仪 451
19-3 单层薄膜的光学性质 456
19-3-1 单层膜的反射系数和反射率 456
19-3-2 单层增透膜 458
19-3-3 单层反射膜 459
19-3-4 λ/2单层膜的特点 460
19-4 双层增透膜 460
19-5 多层高反射膜及其计算方法 463
19-5-1 多层高反射膜的基本结构与符号 463
19-5-2 λ/4多层高反射膜的反射率 464
19-5-3 多层膜的一般计算方法 466
19-6 光学薄膜中的驻波场 471
19-6-1 λ/4膜系中驻波场的波节和波腹 471
19-6-2 多层介质膜中的光强分布 473
19-7 干涉滤光片 477
第二十章 光的偏振 479
20-1 偏振光和自然光 479
20-2 反射和折射时光的偏振 481
20-3 马吕斯定律 483
20-4 光的双折射与偏振装置 483
20-4-1 双折射及有关概念 483
20-4-2 用惠更斯原理解释双折射 486
20-4-3 几种偏振装置 487
20-5 椭圆偏振光及其表示法 波片 491
20-5-1 椭圆偏振 491
20-5-2 线偏振和圆偏振 494
20-5-3 偏振态的表征--斯托克斯参量 495
20-5-4 偏振态的邦加表示法 497
20-5-5 椭圆偏振光的获得 497
20-5-6 波片 499
20-5-7 补偿器 500
20-5-8 偏振器的矩阵表示法 501
20-6 偏振光的干涉 504
20-6-1 线偏振平面光波的干涉 504
20-6-2 线偏振会聚光波的干涉 506
20-7 人为双折射及其应用 509
20-7-1 光弹性效应 509
20-7-2 电光效应 510
20-7-3 磁致双折射 513
20-8 偏振光振动面的旋转 旋光性 514
第二十一章 晶体光学基础 518
21-1 光学各向异性晶体及其介电张量 518
21-2 光在各向民性媒质中传播的特点 521
21-3 折射率椭球 525
21-4 光在晶体表面上的折射与反射 531
21-4-1 光在晶体表面上的 531
21-4-2 离散角α的计算 532
21-4-3 光在晶体表面上的反射 533
21-5 普克尔斯效应及电光开关 534