目录 1
绪论 1
0.1 光学是一门重要而有用的科学与技术 1
0.2 光学一直在发展中并会有更大的发展 2
0.3 工程光学是着重于应用的科学与技术 5
0.4 工程光学的学习与课程安排 6
第1章 光波的基本特性 8
1.1 光的波动理论 8
1.1.1 光波与电磁波 8
1.1.2 平面波，球面波，柱面波 10
1.1.3 谐波 12
1.1.4 高斯光束 15
1.2 平面光波在各向同性介质分界面上的反射和折射 17
1.2.1 反射定律和折射定律 17
1.2.2 菲涅耳公式 19
1.2.3 反射率和透射率 21
1.2.4 反射和折射时的偏振 25
1.2.5 反射和折射时的相位 26
1.2.6 全反射 27
1.3 光波在金属表面上的反射和折射 30
习题 33
第2章 光的成像技术 35
2.1 几何光学原理 35
2.1.1 实验三定律 35
2.1.2 全反射 37
2.1.3 费马原理 38
2.2 光学成像 41
2.2.1 基本概念与符号规则 41
2.2.2 单一球面成像 42
2.2.3 薄透镜成像 45
2.2.4 组合透镜成像 51
2.2.5 光阑 55
2.3.1 光线的光路计算 59
2.3 光学设计基础 59
2.3.2 像差理论 66
2.4 光学材料 71
2.4.1 光学玻璃 71
2.4.2 光学晶体 78
2.4.3 光学塑料 81
2.5 光度学基础 84
2.5.1 光度学量及其单位 84
2.5.2 光传播过程中光学量的变化规律 88
2.5.3 成像系统像面的照度 92
习题 96
第3章 光学像的记录和显示技术 100
3.1 眼睛和助视仪器 100
3.1.1 眼睛及其光学系统 100
3.1.2 放大镜和显微镜 107
3.1.3 望远镜的工作原理 110
3.2.1 感光底片 114
3.2 光学成像器件 114
3.2.2 电荷耦合器件 116
3.2.3 互补金属氧化物半导体 123
3.3 光学摄像系统 127
3.3.1 摄影物镜的光学特性 128
3.3.2 摄影物镜的基本类型 131
3.3.3 取景系统和调焦系统 132
3.3.4 电视摄像系统 136
3.4 光学显示系统 139
3.4.1 光学投影系统 139
3.4.2 光电显示系统 145
习题 153
第4章 光的干涉技术 156
4.1 产生光波干涉的条件 156
4.1.1 光波产生干涉现象的分析 157
4.1.2 产生光波干涉的必要条件 158
4.1.3 产生光波干涉的补充条件 159
4.2.1 双缝分波面双光束干涉 160
4.2 分波面双光束干涉 160
4.2.2 分波面双光束干涉的其他实验装置 163
4.2.3 干涉条纹清晰程度的影响因素 165
4.3 分振幅双光束干涉 170
4.3.1 平板分振幅干涉 170
4.3.2 等倾干涉 171
4.3.3 等厚干涉 175
4.4 双光束干涉仪 181
4.4.1 迈克尔逊干涉仪 182
4.4.2 斐索干涉仪 186
4.4.3 马赫-曾德尔干涉仪 188
4.4.4 赛格纳克干涉仪 188
4.5 多光束干涉 192
4.5.1 多束光干涉的光强分布 192
4.5.2 多光束干涉仪 198
4.5.3 多光束干涉的应用 202
4.6 薄膜光学简介 204
4.6.1 单层光学膜 205
4.6.2 多层光学膜 208
4.6.3 光学薄膜的制备及其应用 213
习题 216
第5章 光的衍射技术 220
5.1 衍射的基本理论 220
5.1.1 惠更斯-菲涅耳原理 220
5.1.2 夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射 224
5.2 夫琅禾费单缝衍射 226
5.2.1 衍射光强的计算 226
5.2.2 对衍射光强分布公式的分析 228
5.3 夫琅禾费圆孔衍射 229
5.4 巴比涅原理 233
5.5 夫琅禾费多缝衍射 234
5.5.1 双缝的干涉和衍射 234
5.5.2 多缝的干涉和衍射 237
5.6.1 圆孔衍射和圆屏衍射 241
5.6 菲涅耳衍射 241
5.6.2 直边衍射 244
5.6.3 波带片 245
5.7 衍射光栅 248
5.7.1 平面衍射光栅 248
5.7.2 闪耀光栅 252
5.7.3 光谱仪 255
5.8.1 全息原理和全息图种类 257
5.8 全息技术 257
5.8.2 全息技术应用举例 261
5.9 傅里叶光学 263
5.9.1 概述 263
5.9.2 薄透镜的傅里叶变换性质 264
5.9.3 光学傅里叶变换 266
5.9.4 光信息处理及其应用 268
5.10 二元光学 269
5.10.1 概述 269
5.10.3 二元光学器件的制作 271
5.10.2 二元光学的特点 271
5.10.4 二元光学的应用 272
5.11 近场光学 275
5.11.1 概述 275
5.11.2 近场光学原理 275
5.11.3 近场光学应用举例 276
习题 278
第6章 光的偏振技术 281
6.1 光的偏振特性 281
6.1.1 光的横波性 281
6.1.2 光波的偏振态 283
6.1.3 偏振光的表示方法 286
6.2 平面光波在晶体中的传播特性 290
6.2.1 晶体的介电张量 290
6.2.2 各向异性晶体中的单色平面光波 292
6.2.3 平面光波在晶体中的传播——解析法 293
6.2.4 平面光波在晶体中的传播——图解法 296
6.3.1 光波在晶体表面上的反射定律和折射定律 301
6.3 平面光波在晶体表面上的反射和折射 301
6.3.2 单轴晶体中的光路 303
6.4 偏振器件 304
6.4.1 概述 304
6.4.2 反射型偏振器 304
6.4.3 双折射型偏振器 305
6.4.4 二向色型偏振器 307
6.4.5 波片和补偿器 308
6.4.6 退偏器 312
6.5 通过光学元件后光强的计算 313
6.5.1 概述 313
6.5.2 用琼斯矢量计算 313
6.5.3 用斯托克斯矢量计算 313
6.5.4 用邦加球表示 314
6.6 偏振光的干涉 315
6.6.1 概述 315
6.6.2 平行光的偏振光干涉 316
6.6.3 会聚光的偏振光干涉 318
6.7 晶体的旋光性 321
6.8 偏振光仪器 322
6.8.1 旋光仪 322
6.8.2 椭偏仪 323
习题 325
7.1 非线性光学简介 327
7.1.1 概述 327
第7章 光调制技术 327
7.1.2 介质的非线性特性 328
7.1.3 非线性效应产生和频 329
7.1.4 非线性效应产生二次谐波 332
7.1.5 非线性效应产生差频 332
7.1.6 光纤中的非线性特性 333
7.1.7 受激非弹性散射 334
7.2 光的调制 335
7.2.1 幅度调制和光强调制 335
7.2.2 频率调制和相位调制 337
7.2.3 脉冲调制 338
7.3 电光调制 339
7.3.1 线性电光效应 339
7.3.2 晶体的线性电光系数 341
7.3.3 KDP晶体的线性电光效应 343
7.3.4 电光调制器件 347
7.4 磁光调制 349
7.4.1 磁致旋光效应 349
7.4.2 晶体的法拉第效应 350
7.5 声光调制 352
7.5.1 弹光效应 352
7.5.2 声光衍射 353
习题 356
第8章 光学测量技术 357
8.1 光学测量的基本装置 357
8.1.1 光具座及其基本部件 357
8.1.2 精密测角仪 364
8.2 光学玻璃的测量 367
8.2.1 光学玻璃折射率与色散的测量 367
8.2.2 光学玻璃的双折射测量 371
8.2.3 有色光学玻璃光谱特性的测量 375
8.3 光学零件的测量 377
8.3.1 光学零件面形偏差的测量 377
8.3.2 球面曲率半径的测量 381
8.3.3 平面光学零件光学不平行度的测量 384
8.3.4 焦距和顶焦距的测量 389
8.4 典型光学系统特性参数测量 392
8.4.1 显微系统特性参数检测 392
8.4.2 望远系统光学特性参数检测 395
8.4.3 照相物镜光学特性参数检测 402
习题 410
第9章 激光技术 413
9.1 激光的产生与特性 413
9.1.1 激光的产生 413
9.1.2 激光的特性 414
9.2 光的量子性与波粒二象性 415
9.2.1 光电效应与光量子（光子学） 415
9.2.2 光的波粒二象性 417
9.2.3 原子的能级分布 417
9.3 激光原理 419
9.3.1 原子的跃迁 419
9.3.2 激光器的构成 423
9.3.3 光学谐振腔 426
9.3.4 激光的模式 430
9.4 激光器 433
9.4.1 气体激光器 433
9.4.2 固体激光器 440
9.4.3 半导体激光器 443
9.5 激光技术 451
9.5.1 激光准直技术 451
9.5.2 激光测距技术 453
9.5.3 激光调制技术 458
9.5.4 激光稳频技术 460
9.5.5 激光脉冲技术 466
9.5.6 激光存储技术 471
习题 475
第10章 光波导技术 476
10.1 概述 476
10.1.1 光波导 476
10.1.2 光导纤维 477
10.2.2 平板波导的模式 480
10.2.1 平板光波导的结构 480
10.2 平面光波导的传输特性 480
10.2.3 光波导损耗 481
10.3 光波导器件 482
10.3.1 光波导调制器 482
10.3.2 电光调制器 483
10.3.3 声光调制器 484
10.3.4 周期波导和反射滤波器 485
10.3.6 波导激光器 486
10.3.5 光波导偏振器 486
10.4 光波导耦合 487
10.4.1 光波导透镜 488
10.4.2 光波导反射镜和棱镜 489
10.5 集成光学系统举例 489
10.5.1 射频频谱分析仪 490
10.5.2 微型光波导陀螺仪 491
10.6 光纤的特性 492
10.6.1 均匀折射率光纤的光线理论 492
10.6.2 光纤的损耗 493
10.6.3 光纤的色散 494
10.6.4 光纤的偏振 494
10.7 特种光纤 495
10.7.1 变折射率光纤 495
10.7.2 红外光纤 500
10.7.3 塑料光纤 501
10.8 光纤器件 501
10.8.2 光纤波分／波合器 502
10.8.1 光纤连接器和耦合器 502
10.8.3 光纤偏振控制器 503
10.8.4 光纤滤波器 503
10.8.5 光纤光栅 505
10.8.6 光纤放大器和激光器 505
10.9 光纤传感器 506
10.9.1 概述 506
10.9.2 振幅调制传感型光纤传感器 507
10.9.3 相位调制传感型光纤传感器 508
10.9.4 偏振调制型光纤传感器 512
10.9.5 波长调制型光纤检测系统 512
10.9.6 传光型光纤检测系统 513
附录A 张量的基本知识 515
附录B 矢量分析与场论 520
附录C 电磁场理论的基本方程 525
参考文献 535