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绪论1

第1章 几何光学6

1.1 光线传播的基本规律6

1.1.1 光线传播的实验规律6

1.1.2 费马原理——光线传播的普遍规律10

1.2 成像的基本原理17

1.2.1 成像的基本概念17

1.2.2 单球面及共轴球面系统傍轴成像（逐次成像）19

1.2.3 薄透镜傍轴成像26

1.2.4 光焦度 高斯公式和牛顿公式 作图法29

1.2.5 共轴球面系统傍轴成像（基面成像）33

1.2.6 傍轴光学的矩阵方法41

1.3 成像仪器47

1.3.1 眼睛47

1.3.2 放大镜和目镜50

1.3.3 显微镜53

1.3.4 望远镜55

1.4 光阑与像差57

1.4.1 光阑57

1.4.2 像差60

习题64

观察思考及讨论题70

第2章 波动光学通论74

2.1 波的概念与光的电磁理论基础74

2.1.1 波的基本概念74

2.1.2 光的电磁理论基础75

2.2 波的数学描述78

2.2.1 波的实数表示与时空周期性78

2.2.2 波的复数表示与复振幅86

2.2.3 波的矢量表示90

2.3 波的叠加90

2.3.1 波的叠加原理90

2.3.2 同频率简谐波叠加的一般分析及干涉概念91

2.3.3 两列同频率、同向振动的平面波的叠加92

2.3.4 两列同频率、同向振动、反向传播的平面波的叠加——光驻波96

2.3.5 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99

2.3.6 两列频率相近、同向振动、同向传播的平面波的叠加——光学拍104

2.4 光的偏振态106

2.4.1 完全偏振光——线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光106

2.4.2 非偏振光——自然光107

2.4.3 部分偏振光及偏振度109

2.4.4 偏振片及其光强响应110

2.5 波的傅里叶分析及时空域中的反比关系114

2.5.1 波的傅里叶分析114

2.5.2 波在空域和时域中的反比关系116

2.6 光在两种各向同性介质界面的反射与折射119

2.6.1 反射与折射时光的振幅比 菲涅耳公式119

2.6.2 反射与折射时光的光强比与能流比122

2.6.3 反射光与折射光的相位变化126

2.6.4 反射光与折射光的偏振态130

2.6.5 全反射与隐失波132

习题136

观察思考及讨论题141

第3章 光的干涉144

3.1 光的相干条件144

3.1.1 光的相干条件144

3.1.2 干涉条纹的衬比度147

3.1.3 相干光束的产生方法148

3.2 分波前干涉149

3.2.1 杨氏实验149

3.2.2 其他分波前装置155

3.3 光场的相干性159

3.3.1 光源空间展宽的影响 光场的空间相干性159

3.3.2 光源光谱展宽的影响 光场的时间相干性166

3.3.3 部分相干性理论基础171

3.4 分振幅干涉（一）：薄板的双光束干涉175

3.4.1 点光源的干涉及干涉条纹的定域概念175

3.4.2 等倾干涉177

3.4.3 等厚干涉181

3.4.4 薄膜干涉定域及光源临界宽度的进一步讨论188

3.4.5 迈克耳孙干涉仪191

3.5 分振幅干涉（二）：平行平板的多光束干涉198

3.5.1 平行平板多光束干涉的分析198

3.5.2 法布里-珀罗干涉仪204

3.5.3 光学薄膜简介209

习题211

观察思考及讨论题216

第4章 光的衍射219

4.1 衍射的基本原理及分类219

4.1.1 衍射现象概述219

4.1.2 惠更斯-菲涅耳原理及平面屏衍射理论220

4.1.3 衍射问题的近似处理及分类225

4.2 菲涅耳衍射229

4.2.1 菲涅耳衍射的分析方法229

4.2.2 圆孔、圆屏及某些环扇形孔径的衍射232

4.2.3 菲涅耳波带片238

4.3 夫琅禾费衍射（一）：连通孔径242

4 3.1 单缝衍射242

4.3.2 矩孔衍射249

4.3.3 圆孔衍射252

4.4 光学成像系统的分辨本领254

4.5 夫琅禾费衍射（二）：非连通孔径258

4.5.1 多缝衍射258

4.5.2 夫琅禾费衍射的一般性质及其他孔径的衍射264

4.6 光栅266

4.6.1 光栅的主要性能267

4.6.2 闪耀光栅、阶梯光栅及三维光栅270

4.6.3 棱镜光谱仪及其与光栅、法-珀干涉仪分光性能的比较274

4.7 相干光成像系统的频谱分析277

4.7.1 复振幅透过率及其空间频率谱的物理意义278

4.7.2 透镜的傅里叶变换作用279

4.7.3 阿贝成像理论及空间滤波280

4.8 全息照相的原理与特点285

习题288

观察思考及讨论题293

第5章 光在晶体中的传播296

5.1 晶体双折射296

5.1.1 双折射现象 基本定义与规律296

5.1.2 单轴晶体中的波面——惠更斯假设299

5.1.3 平面波在单轴晶体内的传播——惠更斯作图法301

5.1.4 单轴晶体双折射的进一步讨论303

5.2 晶体光学器件 偏振光的检验308

5.2.1 线偏振器308

5.2.2 相位延迟器——波晶片和补偿器312

5.2.3 圆起偏器和圆检偏器315

5.2.4 光通过波晶片后偏振态的变化318

5.2.5 偏振光的检验320

5.3 偏振光的干涉323

5.3.1 平行偏振光的干涉323

5.3.2 会聚偏振光的干涉327

5.3.3 波动光学中相位规定的自洽性329

5.4 人工双折射及其应用332

5.4.1 应力双折射332

5.4.2 克尔效应333

5.4.3 泡克耳斯效应335

5.5 旋光336

5.5.1 旋光336

5.5.2 磁致旋光340

5.6 偏振态及其变换的矩阵描述342

习题348

观察思考及讨论题351

第6章 光的吸收 色散和散射354

6.1 光的吸收354

6.1.1 光的线性吸收规律与复折射率354

6.1.2 吸收与波长的关系356

6.2 光的色散359

6.2.1 色散概念及其规律359

6.2.2 吸收和色散的经典电子理论362

6.2.3 光的相速和群速364

6.3 光的散射369

6.3.1 瑞利散射 米氏散射及大粒子散射369

6.3.2 拉曼散射373

习题375

观察思考及讨论题376

第7章 光的量子性 激光378

7.1 黑体辐射378

7.1.1 两种不同形式的辐射378

7.1.2 基尔霍夫热辐射定律379

7.1.3 黑体辐射的实验规律381

7.1.4 黑体辐射的经典理论及其与实验的矛盾384

7.1.5 能量子假设与普朗克公式387

7.1.6 光测高温法389

7.2 光的粒子性及其实验基础390

7.2.1 光电效应391

7.2.2 康普顿效应394

7.2.3 光压398

7.3 光的波粒二象性399

7.3.1 光的粒子性399

7.3.2 光的波粒二象性及其概率解释400

7.4 激光402

7.4.1 产生激光的基本原理402

7.4.2 激光器的组成及工作过程407

7.4.3 激光的主要特点和应用414

7.5 非线性光学简介416

习题418

观察思考及讨论题420

参考文献421

一、参考书目421

二、作者部分教学研究论文目录422

附录424

附录Ⅰ 常用物理常数表424

附录Ⅱ 一些光学介质的折射率424

附录Ⅲ 一些典型谱线的波长425

汉英名词索引426

部分习题答案442