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绪论1

1．光学的研究对象、地位和特点1

2．光的本性1

3．现代光学的主要标志4

4．光学的发展趋势——光子学5

第1章　光波、光线与光子8

1.1　光的波动性质8

1.1.1　波动的实质8

1.1.2　波动的基本特征量8

1.1.3　波动的描述9

1.1.4　纵波与横波13

1.1.5　光的波动性14

1.1.6　光波的电磁性质14

1.2.1　光传播的直线性、独立性和可逆性16

1.2　光线与光传播的几何描述16

1.2.2　反射和折射定律17

1.2.3　全反射原理18

1.2.4　光纤的基本结构特性21

1.2.5　棱镜及其应用23

1.2.6　光程与费马原理27

1.3 自然光与偏振光29

1.3.1　完全偏振光30

1.3.2 自然光31

1.3.3　部分偏振光32

1.3.4 自然光在两种电介质分界面上的反射和折射　菲涅耳公式33

1.3.5　斯托克斯倒易关系35

1.3.6　布儒斯特定律35

1.3.7　马吕斯定律38

1.3.8　反射光与透射光的半波损失（相位突变）38

1.3.9　反射光与透射光的能量分配40

1.4.1　光源与光辐射41

1.4　光辐射与光度学41

1.4.2　辐射度学与光度学43

1.4.3　辐射能通量与光通量43

1.4.4　发光强度与光亮度46

1.4.5　光照度48

1.4.6　色度与三基（原）色49

1.4.7　光度学基本量的单位51

1.5　光波场的量子性52

1.5.1　黑体辐射52

1.5.2　光电效应57

1.5.3　康普顿效应60

1.6　光的波粒二象性62

1.6.1　光波与光子的对立统一62

1.6.2　德布罗意方程63

习题64

1.6.3　对光的本性的再认识64

讨论思考题67

第2章　光学成像的几何学原理70

2.1 几何光学成像的基本概念70

2.2 光在单个球面上的折射与成像73

2.2.1　基本概念和符号规则73

2.2.2　光在单个球面上的折射，同心性的破坏74

2.2.3　轴上物点的傍轴光线成像74

2.2.5　牛顿物像公式76

2.2.4　高斯物像公式76

2.2.6　光在单个球面上的反射成像77

2.2.7　光在单个平面上的折射、反射成像77

2.2.8　离轴物点的傍轴光线成像78

2.2.9　成像放大率80

2.2.10　亥姆霍兹公式与拉格朗日-亥姆霍兹定理82

2.3 共轴球面组的傍轴成像　透镜82

2.3.1　共轴球面组的傍轴成像82

2.3.2　透镜及其分类83

2.3.3　厚透镜的成像特性84

2.3.4　薄透镜的成像特性84

2.3.5　自聚焦透镜及其成像特性87

2.4　理想光具组理论88

2.4.1　理想光具组88

2.4.2　理想光具组的基点和基面89

2.4.3　焦点、主点、节点间的位置关系91

2.4.4　理想光具组成像的几何作图法93

2.4.5　共轴球面组的基点基面93

2.5　像差98

2.5.1　单色像差及其消除99

2.5.2　色像差及其消除103

2.6 光阑104

2.6.1　孔径光阑、入射光瞳、出射光瞳104

2.6.2　视场光阑、入射窗、出射窗106

2.6.3　像的亮度和照度108

2.7　几何光学仪器原理110

2.7.1　成像仪器110

2.7.2　眼睛及助视仪器113

2.7.3　简单放大镜116

2.7.4 目镜118

2.7.5　显微镜119

2.7.6　望远镜121

2.7.7　激光扩束器123

2.7.8　分光仪器123

习题125

讨论思考题129

第3章　光的干涉与相干性132

3.1 波前　傍轴条件与远场条件132

3.1.1　波前的概念132

3.1.2　同轴球面波的傍轴条件与远场条件134

3.1.3　离轴球面波的傍轴条件与远场条件135

3.2 波动叠加与光的干涉137

3.2.1　波动的独立性、叠加性及相干性137

3.2.2　光的相干条件140

3.2.3　双光束干涉及干涉条件141

3.2.4　两束平面波的干涉142

3.2.5　多光束干涉及干涉条件144

3.2.6　获得相干光波的方法147

3.3　分波前干涉　光场的空间相干性147

3.3.1 杨氏双孔干涉实验147

3.3.2　光源宽度对干涉条纹图样的影响150

3.3.3　光场的空间相干性154

3.3.4　其他分波前干涉实验155

3.4　分振幅干涉（薄膜干涉）158

3.4.1　光波经薄膜层的反射和透射158

3.4.2　总光程差与总相位差159

3.4.3　干涉条件161

3.4.4　等倾干涉162

3.4.5　等厚干涉163

3.4.6　定域干涉与非定域干涉168

3.4.7　复色光或白光照明下的薄膜干涉169

3.5 迈克耳孙干涉仪 光场的时间相干性172

3.5.1　迈克耳孙干涉仪的结构172

3.5.2　干涉条纹特点173

3.5.3　光源的非单色性对干涉图样衬比度的影响174

3.5.4　光场的时间相干性178

3.5.5　时间相干性与空间相干性之比较179

3.6 法布里-珀罗干涉仪179

3.6.1　干涉仪结构179

3.6.2　干涉图样特点180

3.6.3　法布里-珀罗干涉仪的应用183

3.7.2　傅里叶变换干涉仪186

3.7 其他干涉仪186

3.7.1　泰曼-格林干涉仪186

3.7.3　马赫-曾德干涉仪188

3.7.4　塞纳克干涉仪188

习题189

讨论思考题192

第4章　光的衍射与变换195

4.1 衍射现象及其数学描述195

4.1.1　光的衍射现象195

4.1.2　惠更斯原理196

4.1.3　惠更斯-菲涅耳原理197

4.1.4　菲涅耳-基尔霍夫衍射积分199

4.1.5　巴俾涅原理199

4.1.6　衍射现象的分类200

4.2.1　圆孔的菲涅耳衍射202

4.2　菲涅耳衍射202

4.2.2　圆盘的菲涅耳衍射209

4.2.3　直边及单缝的菲涅耳衍射210

4.2.4　任意形状屏的菲涅耳衍射211

4.3 夫琅禾费衍射212

4.3.1　夫琅禾费衍射图样的观察212

4.3.2　单缝的夫琅禾费衍射214

4.3.3　矩形孔的夫琅禾费衍射218

4.3.4　圆孔的夫琅禾费衍射219

4.3.5　双缝或双孔的夫琅禾费衍射222

4.4　衍射光栅224

4.4.1　光栅及其结构特点224

4.4.2　朗琴光栅的夫琅禾费衍射225

4.4.3　闪耀光栅232

4.4.4　正弦光栅的夫琅禾费衍射233

4.4.5　体光栅的布拉格衍射234

4.4.6　光栅的云纹效应235

4.4.7　塔耳博特效应236

4.5　衍射光场的分解与傅里叶变换238

4.5.1　衍射光场的傅里叶分解238

4.5.2　二维傅里叶变换的基本性质239

4.5.3　夫琅禾费衍射的再讨论241

4.5.4　菲涅耳衍射的再讨论242

4.5.5　干涉与衍射的区别和联系242

习题243

讨论思考题245

第5章　光学成像的波动学原理247

5.1 阿贝成像原理与空间滤波247

5.1.1　阿贝成像原理247

5.1.3　空间滤波与光信息处理249

5.1.4　阿贝-波特实验249

5.1.2　阿贝成像原理的傅里叶描述249

5.1.5　空间滤波的应用251

5.2　全息成像253

5.2.1 光学成像的平面性与空间立体性253

5.2.2　全息照相原理255

5.2.3　全息图的分类与制作方法257

5.3 菲涅耳波带片与全息透镜261

5.3.1　菲涅耳波带片及其成像特性261

5.3.2　全息透镜及其成像特性265

5.3.3　针孔、针头反射镜及圆盘的成像特性266

5.4 光学仪器的分辨本领267

5.4.1　衍射受限系统的成像特点267

5.4.2　瑞利判据269

5.4.3　成像仪器的分辨本领270

5.4.4　眼睛及助视仪器的分辨本领271

5.4.5　分光仪器的分辨本领272

讨论思考题274

习题274

第6章　光的双折射与光调制276

6.1 晶体的双折射现象276

6.1.1　晶体的结构特征276

6.1.2　双折射现象277

6.1.3　双折射现象的理论解释280

6.2 晶体光学器件286

6.2.1　起偏与检偏器件286

6.2.2　相位延迟器件——波片290

6.3 椭圆偏振光的获得与检验293

6.3.1 正交振动的平面偏振光的合成293

6.3.2　椭圆偏振光的获得295

6.3.3　椭圆偏振光的检验297

6.4　偏振光的干涉298

6.4.1　平面偏振光的干涉298

6.4.2 平行偏振光的干涉299

6.4.3　会聚偏振光的干涉303

6.5 场致双折射现象及其应用305

6.5.1　应力光学效应——光弹性效应305

6.5.2　电光效应306

6.5.3　磁光克尔效应307

6.6　旋光效应与圆双折射307

6.6.1　旋光现象307

6.6.2　旋光现象的解释——菲涅耳假设308

6.6.3　磁致旋光效应——法拉第效应311

6.6.4　法拉第效应的应用311

习题313

讨论思考题314

第7章　光的吸收、色散及散射315

7.1 光的吸收315

7.1.1　吸收定律315

7.1.2　介质吸收的特点316

7.1.3　吸收的起因317

7.1.4 吸收光谱及其应用318

7.2　光的色散与群速度320

7.2.1　色散的概念320

7.2.2　色散现象的观察320

7.2.3　色散曲线的特征322

7.2.4　色散现象的理论解释323

7.2.5　群速度324

7.3　光的散射327

7.3.1　散射的一般概念327

7.3.2　瑞利散射329

7.3.3　米氏散射330

7.3.4　拉曼散射与布里渊散射330

习题331

讨论思考题332

8.1.1　原子能级及粒子数布居333

第8章　激光基础333

8.1 自发辐射与受激辐射333

8.1.2 自发辐射、受激辐射和受激吸收334

8.1.3　爱因斯坦公式335

8.1.4　粒子数布居反转与光放大336

8.1.5　能级寿命336

8.2　激光的产生与激光器337

8.2.1　激光器的基本结构337

8.2.2　激光介质中粒子数布居反转的实现339

8.2.3　增益系数及阈值条件340

8.2.4　辐射线宽340

8.2.5　激光的纵模和横模341

8.2.6　几种典型的激光器343

习题346

习题参考答案347

汉英光学名词索引352