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第一章　几何光学3

§1几何光学的基本定律和费马原理3

1.1　基本定律3

1.2　费马（Fermat）原理4

§2　成像的基本概念7

2.1　物和像7

2.2　理想光学系统物像之间的共轭性8

2.3　物像之间的等光程性8

§3傍轴条件下的单球面折射成像9

3.1　傍轴条件9

3.2　符号规则10

3.3　傍轴球面折射的物像关系式10

3.4　放大率13

§4薄透镜的成像公式和放大率14

§5共轴球面系统16

§6光学系统中的光阑16

6.1　孔径光阑　入射光瞳和出射光瞳17

6.2　视场光阑　入射窗和出射窗18

6.3　光阑与景深18

6.4　相对孔径和f数19

§7像差20

7.1　几何像差　波像差20

7.2　球差21

7.3　彗差22

7.4　像散23

7.5　像场弯曲（场曲）23

7.7　色差24

7.6　畸变24

＊7.8　齐明点（不晕点）油浸物镜25

习题与思考题26

第二章　光波场的描述29

§1简谐波的数学描述29

1.1　一维平面简谐波29

1.2　三维平面简谐波31

1.3　球面波傍轴近似和远场近似33

§2波动方程和叠加原理35

§3傅里叶（Fourier）分析36

3.1　傅里叶级数37

3.2　傅里叶积分38

§4　光波是电磁波40

5.1　光的偏振态43

§5光的偏振态43

5.2　两个频率相同、振动方向互相垂直的简谐波的叠加44

习题与思考题46

第三章　光通过各向同性介质及其界面所发生的现象49

§1光在各向同性介质界面上的反射和折射49

1.1　菲涅耳反射折射公式50

1.2　振幅反射（透射）比相位跃变（相移）51

1.3　反射率和透射率54

1.4　布儒斯特（Brewster）定律56

1.5　反射光与折射光的偏振态57

＊1.6　全反射与隐失波（近场光学）58

＊1.7　受抑全反射（光子隧道效应）60

§2　光的吸收61

3.1　正常色散和反常色散62

§3　光的色散62

3.2　群速度63

§4光的散射65

4.1　非纯净介质中的光散射65

4.2　纯净介质中的分子散射66

＊4.3　拉曼（Raman）散射67

＊4.4　布里渊（Brillouin）散射67

＊4.5　康普顿（Compton）散射68

习题与思考题69

第四章　光的干涉71

§1相干光71

1.1　相干条件和相干叠加71

1.2　非相干叠加72

1.3　相干光的获得73

§2　杨氏（Young）实验74

2.1　实验装置与光强分布74

2.2　干涉条纹的形状和间距76

2.3　干涉条纹的可见度77

2.4　光源宽度对条纹可见度的影响空间相干性79

2.5　光源的非单色性对可见度的影响时间相干性79

§3薄膜干涉81

3.1　干涉条纹的定域81

3.2　等倾干涉82

3.3　等厚干涉84

3.4　透射光的干涉条纹86

§4　迈克耳孙（Michelson）干涉仪86

§5法布里-珀罗（Fabry-Perot）干涉仪88

＊§6　激光谐振腔的选模原理90

§7　光学薄膜92

7.1　单层增透膜和增反膜92

7.2　多层介质高反射膜94

7.3　干涉滤光片95

习题与思考题96

第五章　光的衍射100

§1光的衍射现象100

§2惠更斯-菲涅耳（Huygens-Fresnel）原理101

§3　衍射现象分类103

3.1　初步近似（傍轴近似）104

3.2　菲涅耳（Fresnel）衍射105

3.3　夫琅禾费（Fraunhofer）衍射105

§4夫琅禾费衍射实现屏函数的傅里叶变换107

§5夫琅禾费正弦光栅衍射109

5.1　正弦光栅的衍射特性109

＊5.2　超高频衍射产生的隐失波111

§6夫琅禾费单缝、矩形孔和圆孔衍射112

6.1　实验装置和现象112

6.2　单缝衍射的光强分布公式112

6.3　振幅矢量图解法115

6.4　单缝衍射图样的主要特征116

6.5　矩形孔衍射118

6.6　夫琅禾费圆孔衍射118

6.7　瑞利（Rayleigh）判据119

§7　夫琅禾费多缝衍射121

7.1　多缝衍射光强分布公式121

7.2　多缝衍射图样的主要特征122

7.3　衍射光栅的分光原理124

7.4　闪耀光栅125

§8菲涅耳圆孔和圆屏衍射126

8.1　点光源菲涅耳圆孔衍射126

8.2　菲涅耳波带片129

8.3　点光源菲涅耳圆屏衍射130

§9巴比涅（Babinet）原理130

习题与思考题132

第六章　成像仪器与光谱仪136

§1　放大镜136

1.1　人眼的视角和最小可分辨角136

1.2　放大镜的视角放大率137

2.2　显微镜的分辨本领138

§2显微镜138

2.1　显微镜的放大原理138

＊2.3　扫描探针显微术（SPM）140

§3望远镜141

3.1　望远镜的放大率和分辨本领141

3.2　光学发射望远镜（激光扩束器）143

＊3.3自适应光学与主动光学144

＊3.4　太空望远镜145

§4　光谱仪器分类和基本性能146

4.1　光谱仪器分类146

4.2　色散光谱仪的基本性能参量147

§5　棱镜、光栅和F-P干涉仪的分光性能149

5.1　棱镜光谱仪149

5.2　光栅光谱仪150

5.3　法布里-珀罗干涉仪151

＊§6　傅里叶变换光谱仪151

6.1　基本原理152

6.2　傅里叶变换光谱仪的特点154

习题与思考题154

第七章空间频率滤波与全息术156

§1阿贝（Abbe）成像原理156

1.1　阿贝成像原理156

1.2　阿贝-波特实验157

§2空间频率滤波158

§3全息术159

3.1　全息术概论159

3.2　全息照相的基本原理161

＊3.3　激光记录和白光再现的全息图162

3.4　傅里叶变换全息图163

3.5　全息术的应用163

习题与思考题165

第八章光在各向异性介质中的传播166

§1双折射166

1.1　双折射现象166

1.2　晶体的光轴、主截面和主平面166

1.3　马吕斯（Malus）定律167

1.4　单轴晶体中点光源的波面168

1.5　用惠更斯作图法确定晶体中o光和e光的传播方向169

＊1.6　单轴晶体的法线速度与射线速度170

§2　产生线偏振光的元件172

2.1　利用二向色性制成偏振片172

2.2　偏振棱镜174

§3用波片（相位延迟片）改变光的偏振态175

3.1波片175

3.2　补偿器178

§4　偏振态的检测179

§5偏振光的干涉180

5.1　平行偏振光的干涉180

＊5.2　会聚偏振光的干涉182

＊§6　应力双折射和电光效应183

6.1　应力双折射183

6.2电光效应184

§7旋光现象及其应用188

7.1　旋光现象及其实验规律188

7.2　菲涅耳对旋光现象的解释189

＊7.3　圆二色性190

7.4　法拉第磁致旋光效应192

＊7.5　液晶的旋光显示193

习题与思考题194

第九章　光源和光探测器199

§1辐射度量和光度量199

1.1　辐射度量199

1.2　光度量201

§2　光源202

§3黑体辐射204

3.1　热辐射的基尔霍夫定律204

3.2　黑体的辐射谱205

3.3　斯特藩-玻耳兹曼定律和维恩位移定律206

3.5　热辐射的量子理论——普朗克黑体辐射公式207

3.4　黑体辐射的经典理论遇到困难207

＊3.6　辐射测温208

§4　光量子光的波粒二象性209

4.1　光量子209

4.2　光的波粒二象性210

§5　光的辐射过程211

§6激光器212

6.1　光的自发辐射、受激辐射和受激吸收212

6.2　产生激光的条件214

＊6.3　激光模式和高斯光束216

＊6.4　调Q激光器220

＊6.5　锁模激光器221

＊§7　光探测器222

习题与思考题224

＊第十章　非线性光学225

§1概述225

§2　光频率转换225

2.1　非线性电极化效应226

2.2　二次谐波产生（SHG）227

2.3　光学混频　参量放大及振荡228

§3自聚焦自相位调制229

3.1　非线性折射率和自聚焦229

3.2　自相位调制和自加宽效应230

3.3　扫频脉冲通过色散介质的特性231

3.4　光纤中的光孤子231

参考答案233

汉英名词索引240

参考文献248