上篇 几何光学 1
第1章 几何光学的基本定律与成像概念 1
1.1 基本概念 1
1.2 几何光学的基本定律 2
1.2.1 几何光学的基本定律 2
1.2.2 全反射 3
1.2.3 光路的可逆性原理 3
1.3 费马原理 4
1.4 物、像的基本概念与完善成像条件 6
1.4.1 光学系统的基本概念 6
1.4.2 物和像的概念 6
1.4.3 完善成像条件 7
习题 9
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 13
2.2.3 角放大率 14
2.2.4 三个放大率之间的关系 15
2.2.5 拉赫不变量J 15
2.3 共轴球面系统 15
2.3.1 转面公式 15
2.3.2 共轴球面系统的拉赫公式 16
2.3.3 共轴球面系统的放大率公式 17
2.4 球面反射镜 17
2.4.1 反射球面镜的物像位置公式 17
2.4.2 反射球面镜的成像放大率 17
2.4.3 反射球面镜的拉赫不变量 18
习题 18
第3章 理想光学系统 19
3.1 理想光学系统的基本特性 19
3.2 理想光学系统的基点和基面 20
3.3 理想光学系统的物像关系式 21
3.3.1 牛顿公式 21
3.3.2 高斯公式 22
3.4 理想光学系统两焦距之间的关系及拉赫公式 22
3.4.1 理想光学系统两焦距之间的关系 22
3.4.2 理想光学系统的拉赫公式 23
3.5 理想光学系统的放大率 23
3.5.1 垂轴放大率 23
3.5.2 轴向放大率 24
3.5.3 角放大率 25
3.5.4 三放大率之间的关系 25
3.6 光学系统的节点和节平面 25
3.7 光学系统的图解求像 27
3.8 光学系统的光焦度 29
3.9 理想光学系统的组合 30
3.9.1 双光组组合 30
3.9.2 多光组组合 32
3.10 望远镜系统 34
3.11 透镜与薄透镜 36
3.11.1 单个折射球面的基点和基面 36
3.11.2 透镜的基点和基面 37
3.11.3 薄透镜 40
3.11.4 实际的光学系统基本量的计算 41
习题 42
第4章 平面与平面系统 43
4.1 平面反射镜 43
4.1.1 单平面镜成像 43
4.1.2 双平面镜 44
4.2 平行平板 45
4.3 反射棱镜 47
4.3.1 反射棱镜的分类 47
4.3.2 反射棱镜的展开 50
4.3.3 反射棱镜成像方向的判定 51
4.4 折射棱镜 51
4.5 光楔 53
习题 54
第5章 光学系统中的光束限制 55
5.1 光阑及其作用 55
5.2 孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳 56
5.3 视场光阑、入射窗和出射窗 57
5.4 光学系统的景深 59
5.5 远心光路 63
习题 64
第6章 光度学和色度学基础 65
6.1 光度学的基础知识 65
6.1.1 光通量 65
6.1.2 发光强度 67
6.1.3 光照度和光出射度 68
6.1.4 光亮度 70
6.2 光传播过程中光学量的变化规律 71
6.2.1 在同一介质的元光管中光通量和光亮度的传递 71
6.2.2 光束经界面反射和折射后的光通量和光亮度的传递 72
6.2.3 成像系统像面的光照度 73
6.3 光通过光学系统时的能量损失 75
6.4 色度学的基础 77
6.4.1 颜色的视觉 77
6.4.2 颜色匹配实验和颜色的表示方法 79
6.4.3 CIE标准照明体和标准光源 86
习题 87
第7章 光线的光路计算 88
7.1 概述 88
7.2 光线的光路计算 88
7.2.1 子午面内的光线光路计算 89
7.2.2 轴上点远轴光线的光路计算 90
7.2.3 轴外点子午面内远轴光线的光路计算 91
7.2.4 光线经过平面时的光路计算 92
7.2.5 沿轴外点主光线细光束的光路计算 94
习题 95
第8章 光学系统的像差 96
8.1 轴上点的球差 96
8.1.1 球差概述 96
8.1.2 光学系统的球差分布公式 98
8.1.3 单个折射球面的球差分布系数，不晕点 101
8.1.4 单个折射球面产生的球差正负和物体位置的关系 102
8.1.5 初级球差 104
8.1.6 薄透镜和薄透镜系统的初级球差 105
8.1.7 平行平板的球差 107
8.2 正弦差和彗差 108
8.2.1 正弦条件和赫歇尔条件 108
8.2.2 等晕成像和等晕条件 110
8.2.3 正弦差的分布 113
8.2.4 薄透镜和薄透镜系统的初级正弦差 114
8.2.5 彗差概述 115
8.2.6 光学系统结构形式对彗差的影响 117
8.3 像散与像面弯曲（场曲） 119
8.3.1 像散 119
8.3.2 像面弯曲（场曲）和轴外球差 120
8.4 畸变 124
8.5 色差 125
8.5.1 位置色差、色球差和二级光谱 126
8.5.2 倍率色差 128
习题 129
第9章 典型光学系统 131
9.1 眼睛的构造及光学特性 131
9.1.1 眼睛的构造 131
9.1.2 眼睛的调节和适应 132
9.1.3 眼睛的缺陷和校正 133
9.1.4 眼睛的分辨率和瞄准精度 134
9.1.5 双目立体视觉 135
9.2 放大镜 137
9.2.1 放大镜的放大率 137
9.2.2 放大镜的光束限制和视场 138
9.3 显微镜系统 139
9.3.1 显微镜的基本原理 139
9.3.2 显微镜的放大率 139
9.3.3 显微镜的结构 140
9.3.4 显微镜的光束限制 141
9.3.5 显微镜的景深 143
9.3.6 显微镜的分辨率和有效放大率 145
9.3.7 显微物镜 145
9.3.8 显微镜的照明系统 148
9.4 望远镜系统 149
9.4.1 望远镜的一般特性 149
9.4.2 望远镜系统的结构形式 150
9.4.3 望远镜系统的视觉放大率 150
9.4.4 望远镜系统的分辨率和工作放大率 151
9.4.5 望远镜系统的主观亮度 151
9.4.6 望远镜的光束限制 153
9.4.7 望远物镜 155
9.4.8 目镜 159
9.5 摄影系统 164
9.5.1 摄影系统的光学特性 164
9.5.2 摄影镜头 169
9.5.3 放映和投影镜头 176
9.5.4 放映和投影系统的照明 181
9.6 光学系统的外形尺寸计算 183
9.6.1 转像系统和场镜 184
9.6.2 带有对称透镜转像系统的望远镜 185
习题 187
下篇 波动光学 188
第10章 波动光学通论 188
10.1 波的概念与光的电磁理论基础 188
10.1.1 波的概念 188
10.1.2 光的电磁理论基础 189
10.2 波的数学描述 195
10.2.1 波的实数表示与时空周期性 195
10.2.2 波的复数表示与复振幅 202
10.2.3 波的矢量表示 205
10.3 波的叠加 206
10.3.1 波的独立传播原理与叠加原理 206
10.3.2 同频率简谐波叠加的一般分析及干涉概念 207
10.3.3 两列同频率、同向振动的平面波的叠加 208
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 211
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——椭圆偏振光的形成及特征 213
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 217
10.4 光的偏振态 219
10.4.1 完全偏振光——线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光 220
10.4.2 非偏振光——自然光 221
10.4.3 部分偏振光及偏振度 222
10.4.4 偏振片及其光强响应 223
10.5 波的傅里叶分析及时空域中的反比关系 226
10.5.1 傅里叶分析 226
10.5.2 波在空域和时域中的反比关系 229
10.6 光在两种各向同性介质界面的反射与折射 231
10.6.1 电磁场的连续条件与反射和折射定律 232
10.6.2 反射与折射时光的振幅比——菲涅耳公式 233
10.6.3 反射与折射时光的能流比与光强比 236
10.6.4 反射光与折射光的相位变化 239
10.6.5 反射光与折射光的偏振态 242
10.6.6 全反射与倏逝波 244
习题 248
第11章 光的干涉理论及其应用 250
11.1 双光束干涉的一般理论 250
11.1.1 产生光波干涉的条件 250
11.1.2 双光束干涉的一般理论 252
11.2 分波面双光束干涉装置与杨氏实验 257
11.2.1 分波面双光束干涉 258
11.2.2 分波面双光束干涉的其他实验装置 260
11.2.3 干涉条纹清晰程度的影响因素 264
11.3 分振幅双光束干涉 269
11.3.1 平板分振幅干涉 270
11.3.2 等倾干涉 271
11.3.3 等厚干涉 274
11.4 双光束干涉仪 279
11.4.1 迈克尔逊干涉仪 279
11.4.2 斐索干涉仪 283
11.4.3 马赫-曾德尔干涉仪 284
11.4.4 赛格纳克干涉仪 285
11.5 平行平板的多光束干涉 287
11.5.1 多束光干涉的光强分布 288
11.5.2 多光束干涉仪 292
11.5.3 多光束干涉的应用 295
11.6 薄膜光学简介 297
11.6.1 单层光学膜 298
11.6.2 多层光学膜 301
习题 304
第12章 光的衍射理论及其应用 307
12.1 衍射的基本原理及分类 307
12.1.1 衍射现象概述 307
12.1.2 惠更斯-菲涅耳原理及平面屏衍射理论 308
12.1.3 衍射问题的近似处理及分类 312
12.2 菲涅耳衍射 315
12.2.1 菲涅耳衍射的分析方法 315
12.2.2 圆孔、圆屏及某些环扇形孔径的衍射 318
12.2.3 菲涅耳波带片 322
12.3 矩孔和单缝的夫琅和费衍射 326
12.3.1 夫琅和费衍射装置 326
12.3.2 夫琅和费衍射公式的意义 326
12.3.3 矩孔衍射 329
12.3.4 单缝衍射 331
12.4 圆孔夫琅和费衍射与光学仪器分辨率 333
12.4.1 夫琅和费圆孔衍射 333
12.4.2 光学成像系统的衍射和分辨本领 335
12.5 夫琅和费双缝和多缝衍射 340
12.5.1 双缝衍射光强的计算 340
12.5.2 多缝的干涉和衍射 342
12.6 衍射光栅与光栅光谱仪 345
12.6.1 平面衍射光栅 345
12.6.2 闪耀光栅 348
12.6.3 光栅光谱仪 351
12.7 夫琅和费衍射的一般性质及其他孔径的衍射 352
12.7.1 夫琅和费衍射的一般性质 352
12.7.2 某些其他孔径的夫琅和费衍射 353
12.8 全息技术 354
12.8.1 全息原理和全息图种类 354
12.8.2 全息技术应用举例 357
12.9 傅里叶光学 359
12.9.1 概述 359
12.9.2 薄透镜的傅里叶变换性质 359
12.9.3 光学傅里叶变换 361
12.9.4 光信息处理及其应用 363
12.10 二元光学 364
12.10.1 概述 364
12.10.2 二元光学的特点 365
12.10.3 二元光学器件的制作 366
12.10.4 二元光学的应用 366
12.11 近场光学 368
12.11.1 概述 368
12.11.2 近场光学原理 369
12.11.3 近场光学应用举例 370
习题 370
第13章 光在晶体中的传播 372
13.1 平面光波在晶体中的传播特性 372
13.1.1 晶体双折射 372
13.1.2 平面光波在晶体中的传播特性 374
13.1.3 单轴晶体中的波面——惠更斯假设 384
13.1.4 平面波在单轴晶体内的传播——惠更斯作图法 385
13.1.5 单轴晶体中的光路计算 387
13.2 晶体光学器件 偏振光的检验 388
13.2.1 晶体光学器件 388
13.2.2 偏振光的检验 397
13.3 偏振光的干涉 400
13.3.1 平行偏振光的干涉 400
13.3.2 会聚偏振光的干涉 403
13.4 偏振态及其变换的矩阵描述 405
13.4.1 偏振态的表示——琼斯矢量 406
13.4.2 正交偏振 407
13.4.3 偏振器件的表示——琼斯矩阵 408
13.4.4 利用琼斯矢量和琼斯矩阵的运算 411
13.5 晶体的磁光、电光和声光效应 412
13.5.1 旋光和磁光效应 412
13.5.2 电光效应 416
13.5.3 声光效应 421
13.6 偏振光仪器 425
13.6.1 旋光仪 425
13.6.2 椭偏仪 426
13.6.3 光测弹性仪 428
13.6.4 偏光显微镜 429
习题 430
参考文献 432