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第一章 光的本性1

1.1 波和粒子1

1.2 波动3

一、简谐波的表达式3

二、波动方程5

三、纵波与横波7

1.3 电磁波8

一、电磁波方程和它的简谐波解8

二、电磁波的性质11

三、光的波粒二象性15

1.4 电磁波的能量16

一、辐照度16

二、高斯光束17

三、电磁波的能量流和光子18

1.5 光的动量和压强21

一、电磁波的动量21

二、光压22

三、激光束的压力24

1.6 三维空间中的标量波25

一、三维空间中的平面波25

二、球面波27

1.7 叠加原理28

一、叠加原理28

二、相同频率振动的叠加和矢量图解法29

1.8 惠更斯原理31

1.9 费马原理34

1.10 光通过介质界面时的反射和折射41

一、光波频率在反射和折射前后不变42

二、反射定律和折射定律43

三、菲涅耳公式44

四、布儒斯特角46

五、反射比和透射比48

六、反射光的位相变化53

1.11 斯托克斯关系式55

1.12 内反射56

一、全反射56

二、反射光的位相57

三、平面平行透明板前后界面反射波的位相关系59

四、衰逝波61

1.13 光的多普勒效应65

思考题与习题68

参考读物73

第二章 光的干涉75

2.1 杨氏实验75

一、实验装置和干涉现象75

二、杨氏干涉条纹的分布规律77

2.2 光波的相干条件80

一、干涉的一般考虑80

二、可见度82

三、两列平面波的干涉83

四、两列球面波的干涉84

2.3 几种分波前干涉装置和瑞利干涉仪85

一、分波前干涉装置85

二、瑞利干涉仪87

一、坡耳实验89

2.4 薄膜干涉89

二、等倾干涉90

三、等厚干涉94

四、薄膜的颜色96

五、条纹定域的讨论98

六、等厚条纹和等倾条纹100

2.5 等厚干涉的应用100

一、校准块规100

二、检查光学表面的质量101

三、斐索干涉仪102

四、牛顿环103

五、块规干涉仪105

一、结构和原理108

2.6 迈克耳孙干涉仪108

二、干涉条纹109

三、复色光源111

四、迈克耳孙-莫雷实验112

五、拍频干涉仪114

2.7 其他几种干涉仪115

一、特怀曼-格临干涉仪115

二、激光自动比长仪116

三、沙拿克干涉仪117

2.8 光的相干性121

一、光的单色性121

二、相干长度123

三、薄膜的厚度125

四、光源大小对干涉条纹可见度的影响126

五、空间相干性127

六、干涉条纹的定域和空间相干性128

思考题与习题129

参考读物136

第三章 多光束干涉和薄膜光学138

3.1 多个相干点光源发射相干光的干涉138

一、多光束干涉原理138

二、相控阵雷达142

三、声波干涉145

四、例题145

3.2 多光束干涉装置147

一、两平行平面间多次反射光的干涉147

二、法布里-珀罗干涉仪149

三、干涉滤光片157

一、激光谐振腔原理158

3.3 激光谐振腔158

二、纵模162

三、选模163

3.4 单层介质薄膜的光学性质164

一、光在界面上的反射和透射165

二、单层介质薄膜的反射167

三、单层增透膜169

四、单层增反膜172

五、膜厚监控174

3.5 多层介质薄膜的光学性质175

一、双层薄膜系统175

二、多层薄膜系统177

三、干涉滤光片180

3.6 介质薄膜的特征矩阵181

一、单层介质薄膜的特征矩阵182

二、多层介质薄膜的特征矩阵185

思考题与习题188

参考读物193

第四章 光的衍射194

4.1 光的衍射现象194

4.2 惠更斯-菲涅耳原理197

4.3 夫琅和费单缝衍射200

一、实验200

二、讨论202

三、积分方法计算光强分布207

4.4 夫琅和费矩孔衍射和圆孔衍射210

一、矩形孔衍射210

二、圆孔衍射212

三、互补屏原理216

四、高斯光束的形成218

4.5 光学系统的分辨率219

一、瑞利判据219

二、提高分辨率的途径222

三、综合孔径223

四、变迹226

4.6 夫琅和费双缝衍射229

一、一般分析229

二、衍射图样光强分布的定量讨论232

三、积分法求光强分布233

4.7 衍射光栅234

一、光栅衍射图样的光强分布规律234

二、色散237

三、分辨率239

四、反射光栅和闪耀光栅240

4.8 菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射242

一、菲涅耳波带242

二、振幅矢量法讨论P点的振动246

三、菲涅耳圆孔衍射247

四、圆形障碍物的菲涅耳衍射249

五、菲涅耳波带片250

4.9 菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的条件253

4.10 光子和衍射实验256

思考题与习题259

参考读物263

第五章 几何光学的近轴理论266

5.1 波面变换与光线的传播266

一、波面与光线266

二、球面波在参考平面上的复振幅表示268

三、单折射球面对球面波的变换270

5.2 光线在球面上的折射274

一、符号法则274

二、球面折射成像公式275

三、放大率277

四、成像作图法279

五、光线在平面上的折射282

六、球面折射的不晕点284

七、例题285

5.3 共轴球面系统289

一、主点和焦点290

二、共轴球面系统的成像公式292

三、节点293

四、求两个球面组成的共轴系统的基点295

五、透镜297

六、薄透镜组成的系统298

七、例题300

5.4 几何光学的矩阵方法302

一、折射矩阵302

二、系统矩阵303

三、物像矩阵306

四、例题308

5.5 激光谐振腔的稳定性312

一、平面镜谐振腔312

二、球面镜谐振腔313

5.6 薄透镜对高斯光束的变换316

一、高斯光束的球面波316

二、高斯光束的一般特征319

三、薄透镜对高斯光束的变换320

四、高斯光束的聚焦323

五、高斯光束的准直324

六、高斯光束对透镜孔径的要求325

5.7 波动方程的高斯光束解326

思考题与习题330

参考读物335

第六章 光阑、像差和光学仪器336

6.1 光阑336

一、孔径光阑336

二、视场光阑338

6.2 单色像差339

一、球面像差(球差)340

二、彗形像差342

三、像散和像场弯曲343

四、畸变345

五、波面像差347

6.3 色像差348

一、色差的形成348

二、色差校正的方法350

6.4 人眼的光学系统351

一、人眼的构造351

二、人眼的几何光学模型353

三、视敏度356

四、视见函数357

五、光度学单位358

六、人眼对光强的反应360

一、镜头361

6.5 照相机361

七、临界闪光频率361

二、光圈363

6.6 放大镜和显微镜364

一、助视仪器的视角放大率364

二、放大镜的视角放大率365

三、显微镜的视角放大率365

四、显微镜的分辨率367

6.7 望远镜368

一、开普勒望远镜和伽利略望远镜368

二、反射式望远镜369

6.8 目镜370

思考题与习题372

参考读物373

习题答案374