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第一篇 应用光学3

第1章 几何光学基础3

1.1几何光学的基本定律3

1.1.1发光点、光线和光束3

1.1.2几何光学的基本定律4

1.1.3全反射5

1.1.4费马原理6

1.2物像基本概念7

1.2.1光学系统与完善像概念7

1.2.2物和像的概念7

1.3球面与球面系统8

1.3.1符号规则8

1.3.2单个折射球面的光路计算9

1.3.3单个折射球面近轴光线的光路计算11

1.3.4物平面以细光束经折射球面的成像13

1.3.5球面反射镜15

1.3.6共轴球面系统16

1.3.7薄透镜8

1.4平面与平面系统20

1.4.1平面反射镜20

1.4.2平行平板23

1.4.3反射棱镜24

1.4.4折射棱镜28

1.4.5光楔29

1.5光学材料30

例题32

习题34

第2章 理想光学系统与实际光学系统36

2.1理想光学系统的基本特性、基点和基面36

2.1.1理想光学系统的基本特性36

2.1.2理想光学系统的基点和基面面37

2.2理想光学系统的物像关系38

2.2.1图解法求像38

2.2.2解析法求像39

2.3理想光学系统的放大率41

2.3.1放大率41

2.3.2节点和节平面42

2.3.3用平行光管测定焦距的原理43

2.4理想光学系统的组合44

2.4.1双光组组合44

2.4.2多光组组合47

2.5球面与球面系统的基点和基面48

2.5.1单个折射球面的主三点48

2.5.2单透镜的基点与基面49

2.5.3薄透镜和薄透镜组52

2.6 矩 阵运算在几何光学中的应用52

2.6.1近轴光的矩阵表示52

2.6.物像矩阵54

2.6.3用高斯常数表示系统的基点位置和焦距55

2.6.4薄透镜系统的矩阵运算57

2.7实际光学系统中的光束限制58

2.7.1光阑及其作用58

2.7.2孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳59

2.7.3视场光阑&61

2.7.4渐晕光阑、入射窗和出射窗61

2.7.5光学系统的景深63

2.7.6远心光路65

2.8像67

2.8.1几何像差67

2.8.2波像差73

例题74

习题77

第3章 光学仪器的基本原理79

3.1眼睛79

3.1.1眼睛的结构79

3.1.2眼睛的调节80

3.1.3眼睛的缺陷和矫正81

3.1.4眼睛的分辨率82

3.2放大镜82

3.2.1放大镜的放大率83

3.2.2放大镜的光束限制和视场84

3.3显微镜85

3.3.1显微镜的成像原理85

3.3.2显微镜中的光束限制86

3.3.3显微镜的分辨率和有效放大率88

3.3.4显微物镜89

3.4望远镜90

3.4.1望远镜的一般特性90

3.4.2望远物镜92

3.4.3望远镜目镜94

3.4.4望远系统外形尺寸的计算96

3.5摄影系统97

3.5.1摄影物镜的光学特性97

3.5.2摄影物镜的景深97

3.5.3摄影物镜的类型99

3.6现代光学系统100

3.6.1激光光学系统101

3.6.2傅里叶变换光学系统105

3.6.3线性成像物镜107

3.6.4激光光盘光学系统110

习题114

第二篇 物理光学117

第4章 光的电磁理论117

4.1电磁波谱 电磁场基本方程117

4.1.1电磁波谱117

4.1.2电磁场基本方程118

4.2光波在各向同性介质中的传播121

4.2.1波动方程121

4.2.2时谐均匀平面波122

4.3光波的偏振特性128

4.3.1光波的偏振态128

4.3.2椭圆偏振光、线偏振光和圆偏振光130

4.4光波在介质界面上的反射和折射132

4.4.1反射定律、折射定律132

4.4.2菲涅耳公式&1333

4.4.3反射率和透射率137

4.4.4全反射与临界角140

4.5光波场的频率谱1443

4.5.1光波场的时间频率谱144

4.5.2光波场的空间频率谱148

4.6球面光波与柱面光波150

4.6.1球面光波150

4.6.2柱面光波151

例题152

习题154

第5章 光的干涉157

5.1光干涉的条件157

5.1.1光的干涉现象15

5.1.2光十涉的条件158

5.1.3从普通光源获得相干光的方法161

5.2双光束干涉162

5.2.1分波面双光束干涉162

5.2.2分振幅双光束干涉&16.5

5.3多光束干涉171

5.3.1平行平板的多光束干涉171

5.3.2多光束干涉条纹的特性173

5.4光学薄膜176

5.4.1单层光学薄膜177

5.4.2多层光学薄膜179

5.4.3光学薄膜的应用182

5.4.4高反射率的测量185

5.4.5周期性介质与光子晶晶体186

5.5典型的干涉仪及其应用188

5.55.1迈克耳孙干涉仪188

5.5.2马赫-曾德尔干涉仪189

5.5.3法布里-珀罗干干涉仪190

5.6光的相干性191

5.6.1光的空间相干性195

5.6.2光的时间相干性198

例题201

习题203

第6章 光的衍射208

6.1衍射的基本原理208

6.1.1光的衍射现象208

6.1.2惠更斯-菲涅耳原理209

6.1.3基尔霍夫衍射公式210

6.1.4衍射的巴比涅原理&2213

6.2夫琅禾费衍射214

6.2.1夫琅禾费衍射装置214

6.2.2矩孔衍射214

6.2.3单缝衍射217

6.2.4圆孔衍射218

6.3光学成像系统的衍射和分辨本领221

6.3.1在像面观察的夫琅禾费衍射221

6.3.2成像系统的分辨率222

6.4夫琅禾费多缝衍射232

6.4.1强度分布公式232

6.4.2多缝衍射的特点与图样2333

6.5衍射光栅2316

6.5.1光栅的分光性能237

6.5.2闪耀光栅220

6.5.3波导光栅241

6.6菲涅耳衍射244

6.6.1菲涅耳波带法及圆孔、圆屏菲涅耳衍射244

6.6.2菲涅耳波带片247

6.6.3菲涅耳直边衍射&251

6.7全息术255

6.7.1全息术的原理255

6.7.2全息术的特点&256

6.7.3全息术的应用257

例题260

习题262

第7章 光在各向异性介质中的传播265

7.1介电张量265

7.1.1各向异性介质的介电张量265

7.1.2介电张量的对称性267

7.2单色平面波在晶体中的传播269

7.2.1相速度和光线速度269

7.2.2菲涅耳方程270

7.3单轴晶体和双轴晶体的光学性质272

7.3.1晶体的光学分类272

7.3.2光在各向同性介质中的传播274

7.3.3光在单轴晶体中的传播277

7.3.4光在双轴晶体中的传播277

7.4晶体光学性质的图形表示278

7.4.1折射率椭球278

7.4.2折射率曲面和波矢曲面282

7.5平面波在晶体表面的反射和折射285

7.5.1光在晶体界面上二的双反射和双折射286

7.5.2光在晶体界面 上 的全反射286

7.5.3斯涅耳作图法287

7.6晶体光学器件289

7.6.1偏振器289

7.6.2波片294

7.6.3补偿器297

7.7偏振光和偏振器件的矩阵表示298

7.7.1偏振光的矩阵表298

7.7.2正交偏振300

7.7.3偏振器件的矩阵表示301

7.7.4琼斯矩阵的本征矢量304

7.8偏振光的干涉&304

7.8.1平行偏振光的干涉305

7.8.2会聚光的偏光干涉307

7.9电光效应309

7.9.1克尔效应和泡克尔效应309

7.9.2电光张量310

7.9.3 KDP晶体的泡克尔效应311

7.9.4电光效应的应用315

7.10声光效应320

7.10.1声光衍射320

7.10.2拉曼-奈斯声光衍射321

7.10.3布拉格衍射322

7.10.4 声光效应的应用&323

7.11磁光效应325

7.11.1自然旋光现象的观察和规律325

7.11.2旋光现象的解释327

7.11.3磁致旋光效应329

例题335

习题339

第8章 光的吸收、色散和散射42

8.1光与物质相互作用的经典理论342

8.1.1经典理论的基本方程343

8.1.2介质的复折射率343

8.2光的吸收346

8.2.1光吸收定律346

8.2.2一般吸收与选择吸收347

8.2.3吸收光谱349

8.2.4双／多光子吸收与场致吸收350

8.3光的色散352

8.3.1正常色散与反常色散353

8.3.2光孤子354

8.4光的散射355

8.4.1线性散射356

8.4.2非线性散射363

例题367

习题368

第9章 现代光学技术简介369

9.1航天光学遥感369

9.1.1航天光学遥感技术的基本概念369

9.1.2航天光学遥感设备的光学系统371

9.1.3航天光学遥感的发展373

9.1.4航天光学遥感的发展趋势375

9.2自适应光学377

9.2.1自适应光学的概念377

9.2.2大气湍流的特征参数、畸变波前的泽尔尼克多项式描述378

9.2.3自适应光学系统的组成和工作原理379

9.2.4自适应光学技术应用举例383

9.2.5自适应光学技术的研究进展388

9.3红外与微光成像技术389

9.3.1红外与微光成像的基本概念389

9.3.2红外热成像技术389

9.3.3微光成像技术393

9.3.4我国在光电子成像技术方面的研究399

9.4光学信息处理技术400

9.4.1光学信息处理的基本原理400

9.4.2光学信息处理的应用举例403

9.4.3空间光调制器406

9.4.4小结408

9.5光纤激光器408

9.5.1光纤激光器的起源、特点和分类408

9.5.2光纤激光器的结构408

9.5.3光纤激光器的研究进展417

9.5.4光纤激光器的应用426

9.6有机电致发光429

9.6.1有机电致发光的基本概念和工作原理429

9.6.2有机电致发光器件的结构、材料及制备工艺451

9.6.3有机电致发光技术的研究进展与应用&436

9.7太阳能光伏电池438

9.7.1开发太阳能的意义438

9.7.2太阳能光伏电池的基本原理439

9.7.3太阳能光伏电池的分类441

9.7.4太阳能光伏电池的研究进展和发展趋势443

9.7.5太阳能光伏电池的应用及市场前景445

习题答案450

主题索引456

参考文献460