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绪论 光本性认识简史1

0.1 17世纪中叶之前1

0.1.1 对光的早期认识1

0.1.2 几何光学规律的发现1

0.1.3 波动光学现象的发现2

0.1.4 光的传播速度2

0.2 17世纪中叶至19世纪光的微粒说和波动说3

0.2.1 微粒说与波动说之争3

0.2.2 波动说的胜利3

0.2.3 光是电磁波的发现4

0.3 20世纪光的波粒二象性6

第1章 光波的基本性质9

1.1 光的电磁波理论基础9

1.1.1 麦克斯韦方程9

1.1.2 电磁波的产生及传播12

1.1.3 电磁波的波动微分方程及传播速度13

1.1.4 电磁波的通解形式及其矢量性15

1.2 平面电磁波的性质17

1.2.1 电磁波的横波性17

1.2.2 电磁波的宏观偏振性19

1.2.3 电场波和磁场波的关系20

1.2.4 平面电磁波的能量传播特性20

1.3 光波的波函数23

1.3.1 三维简谐平面波23

1.3.2 球面波27

1.3.3 柱面波31

1.3.4 共轭光波31

1.4 电磁波在两种均匀各向同性透明媒质界面上的反射和折射37

1.4.1 折、反射定律37

1.4.2 菲涅尔公式38

1.4.3 全反射的性质及其应用45

习题50

第2章 光的干涉57

2.1 干涉基本原理57

2.1.1 波的叠加原理和平面标量波光波叠加综述57

2.1.2 双光束干涉的基本条件63

2.1.3 两个平面波的干涉65

2.1.4 两个球面波的干涉70

2.2 分波面干涉74

2.2.1 杨氏实验74

2.2.2 光波的相干性84

2.2.3 分波面干涉的应用89

2.2.4 其他分波面装置91

2.3 分振幅干涉95

2.3.1 干涉条纹的定域性质96

2.3.2 分振幅干涉——等倾干涉和等厚干涉99

2.3.3 分振幅干涉的应用103

2.4 多光束干涉118

2.4.1 平行平板的多光束干涉118

2.4.2 法布里—珀罗干涉仪及条纹分布规律120

2.4.3 法布里—珀罗干涉仪的应用123

习题129

第3章 光的衍射132

3.1 标量衍射理论基础132

3.1.1 衍射问题概述132

3.1.2 基于球面波的衍射积分公式133

3.1.3 基于平面波的衍射积分公式139

3.1.4 标量衍射积分公式的进一步讨论146

3.1.5 在有限距离观察夫琅和费衍射的方法148

3.1.6 屏的衍射——巴比内原理152

3.2 衍射理论的应用153

3.2.1 单孔的夫琅和费衍射153

3.2.2 单孔光学系统的分辨本领162

3.2.3 衍射光栅166

3.2.4 泰伯效应188

3.3 特殊物体的夫琅和费衍射194

3.3.1 随机颗粒的夫琅和费衍射194

3.3.2 直边的夫琅和费衍射195

3.3.3 位相物体的衍射196

3.4 菲涅尔衍射197

3.4.1 菲涅尔半波带法197

3.4.2 菲涅尔波带板202

3.4.3 菲涅尔积分法208

3.5 衍射光学元件213

3.5.1 衍射光学元件的设计原理213

3.5.2 基于标量衍射理论的衍射光学元件设计方法215

3.5.3 基于干涉原理的衍射光学元件设计方法220

习题221

第4章 光的偏振225

4.1 光传播的各向异性过程及各向异性媒质225

4.1.1 双折射现象及其启示225

4.1.2 偏振光的应用价值225

4.1.3 偏振的描述和分类226

4.1.4 光波传播中的各向异性过程231

4.1.5 偏振光的琼斯矢量表示232

4.2 晶体光学基础234

4.2.1 晶体的光学各向异性及其描述235

4.2.2 晶体中的光波239

4.2.3 平面光波在单轴晶体中的传播240

4.2.4 光波在晶体界面上的折射和反射242

4.2.5 旋光245

4.3 偏振光的产生、转换和检验249

4.3.1 线偏振光的产生和检验249

4.3.2 椭圆偏振光的产生和波片255

4.3.3 椭圆偏振光的检验266

4.4 偏振光的干涉269

4.4.1 概述269

4.4.2 平行偏振光干涉270

4.5 人为双折射273

4.5.1 应力双折射273

4.5.2 电致双折射274

4.5.3 磁光效应276

习题279

第5章 量子光学基础283

5.1 光的量子性283

5.1.1 辐射与能量子概念283

5.1.2 光电效应与光量子概念285

5.1.3 康普顿散射光量子性的进一步证实287

5.1.4 光的波粒二象性288

5.2 原子激发与发光的量子理论290

5.2.1 α粒子散射和原子的核式结构290

5.2.2 氢原子光谱和玻尔原子模型290

5.2.3 量子力学和原子发光293

5.2.4 光谱线的展宽302

5.3 激光和激光器304

5.3.1 激活介质中的光放大305

5.3.2 谐振腔中的光振荡307

5.3.3 激光的速率方程理论309

5.3.4 激光的模式310

5.3.5 几种典型的激光器312

附录A 证明y（z±vt）是波动方程的解319

附录B 二阶常系数偏微分方程求解320

附录C 常用函数及特殊函数321

附录D 傅里叶变换329

参考文献334