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第1章 光学史1

参考文献和推荐读物21

第2章 光是什么23

2.1 引言23

2.2 微粒模型23

2.3 波动模型25

2.4 辐射的粒子性28

2.5 物质的波动性29

2.6 测不准原理31

2.7 单缝衍射实验31

2.8 物质波的概率解释33

2.9 干涉实验的理解35

2.10 光子的偏振37

2.11 时间-能量不确定关系39

小结39

习题40

题解41

参考文献和推荐读物41

第一部分 几何光学45

第3章 费马原理及其应用45

3.1 引言45

3.2 从费马原理推导反射定律和折射定律47

3.3 非均匀媒质中的光线路径52

3.4 光线方程与它的解59

3.5 光线在各向同性媒质和各向异性媒质的分界面的折射67

小结71

习题72

参考文献和推荐读物76

第4章 光线经过球面的折射与反射77

4.1 引言77

4.2 在单一球面上的折射78

4.3 在单一球面上的反射80

4.4 薄透镜82

4.5 透镜的主焦点和焦距83

4.6 牛顿公式85

4.7 横向放大率85

4.8 球面的齐明点87

4.9 笛卡儿卵形面89

4.10 齐明点存在的几何证明89

4.11 正弦条件91

小结92

习题93

参考文献和推荐读物95

第5章 傍轴光学的矩阵方法96

5.1 引言96

5.2 矩阵方法98

5.3 主平面（单位面）105

5.4 节平面107

5.5 两薄透镜构成的系统110

小结112

习题113

参考文献和推荐读物114

第6章 像差115

6.1 引言115

6.2 色差115

6.3 单色像差119

小结130

习题131

参考文献和推荐读物131

第二部分 振动与波动135

第7章 简谐运动、受迫振动和折射率的起源135

7.1 引言135

7.2 简谐运动135

7.3 阻尼简谐运动141

7.4 受迫振动143

7.5 折射率的起源146

7.6 瑞利散射152

小结153

习题154

参考文献和推荐读物157

第8章 傅里叶级数及其应用158

8.1 引言158

8.2 弹拨弦上的横向振动161

8.3 傅里叶级数在研究受迫振动中的应用164

8.4 傅里叶积分165

小结167

习题167

参考文献和推荐读物168

第9章 狄拉克δ函数和傅里叶变换169

9.1 引言169

9.2 狄拉克δ函数的表示169

9.3 δ函数的积分表示170

9.4 作为分布函数的δ函数171

9.5 傅里叶积分定理171

9.6 二维和三维傅里叶变换175

小结176

习题177

第10章 群速度和脉冲色散179

10.1 引言179

10.2 群速度179

10.3 波包的群速度185

10.4 自相位调制193

小结195

习题196

参考文献和推荐读物198

第11章 波的传播和波动方程199

11.1 引言199

11.2 正弦波：频率和波长的概念201

11.3 波的种类203

11.4 波动的能量传播204

11.5 一维波动方程205

11.6 拉紧弦的横向波动207

11.7 固体中的纵向声波208

11.8 气体中的纵波209

11.9 一维波动方程的通解211

小结217

习题218

参考文献和推荐读物219

第12章 惠更斯原理及其应用220

12.1 引言220

12.2 惠更斯原理220

12.3 光的直线传播222

12.4 应用惠更斯原理研究折射与反射223

12.5 非均匀媒质中的惠更斯原理231

小结232

习题232

参考文献和推荐读物232

第三部分 干涉235

第13章 波的叠加235

13.1 引言235

13.2 弦上驻波236

13.3 在一根两端固定的弦上的驻波238

13.4 光驻波：艾夫斯和维纳实验239

13.5 两个正弦波的叠加240

13.6 研究正弦波叠加的图解法241

13.7 复数表示法244

小结244

习题245

参考文献和推荐读物245

第14章 双光束干涉：波前分割法246

14.1 引言246

14.2 在水面上产生的干涉图样247

14.3 相干性251

14.4 光波的干涉252

14.5 干涉图样253

14.6 强度分布255

14.7 菲涅尔双面镜装置263

14.8 菲涅尔双棱镜装置263

14.9 白光干涉264

14.10 条纹的位移265

14.11 洛埃镜装置266

14.12 反射时的相位变化267

小结268

习题268

参考文献和推荐读物270

第15章 双光束干涉：振幅分割法271

15.1 引言271

15.2 平面波照射平行平面薄膜发生的干涉272

15.3 余弦定律274

15.4 消反射膜275

15.5 增反射膜280

15.6 周期性结构产生的反射280

15.7 点光源照射平行平面薄膜发生的干涉286

15.8 两反射面不平行的薄膜发生的干涉290

15.9 薄膜的颜色294

15.10 牛顿环295

15.11 迈克耳孙干涉仪300

小结304

习题304

参考文献和推荐读物305

第16章 多光束干涉量度学306

16.1 引言306

16.2 平行平面薄膜上的多次反射306

16.3 法布里-珀罗标准具309

16.4 法布里-珀罗干涉仪313

16.5 分辨能力314

16.6 陆末-格尔克板318

16.7 干涉滤波器319

小结320

习题320

参考文献和推荐读物321

第17章 相干性322

17.1 引言322

17.2 线宽326

17.3 空间相干性327

17.4 迈克耳孙测星干涉仪329

17.5 光学拍331

17.6 相干时间和线宽的傅里叶分析334

17.7 复相干度和杨氏双孔实验中的条纹可见度336

17.8 傅里叶变换光谱学338

小结345

习题346

参考文献和推荐读物347

第四部分 衍射351

第18章 夫琅禾费衍射：Ⅰ351

18.1 引言351

18.2 单缝衍射图样352

18.3 圆孔衍射358

18.4 激光束的定向性361

18.5 分辨极限367

18.6 双缝的夫琅禾费衍射图样371

18.7 多缝的夫琅禾费衍射图样374

18.8 衍射光栅378

18.9 斜入射383

18.10 X射线衍射383

18.11 自聚焦现象389

18.12 关于光学媒体技术的短文392

小结396

习题397

参考文献和推荐读物399

第19章 夫琅禾费衍射：Ⅱ和傅里叶光学400

19.1 引言400

19.2 菲涅耳衍射积分400

19.3 均匀振幅和相位分布402

19.4 夫琅禾费近似403

19.5 长狭缝的夫琅禾费衍射403

19.6 矩孔的夫琅禾费衍射404

19.7 圆孔的夫琅禾费衍射406

19.8 全同孔阵列408

19.9 空间滤波409

19.10 薄透镜的傅里叶变换性质413

小结416

习题416

参考文献和推荐读物417

第20章 菲涅耳衍射418

20.1 引言418

20.2 菲涅耳半波带419

20.3 波带片422

20.4 对菲涅耳衍射的更严谨探讨424

20.5 高斯光束的传播427

20.6 直边衍射430

20.7 平面波被长狭缝衍射以及向夫琅禾费衍射的过渡437

小结441

习题443

参考文献和推荐读物445

第21章 全息术446

21.1 引言446

21.2 全息术理论448

21.3 全息术的要求452

21.4 全息术的一些应用453

小结455

习题455

参考文献和推荐读物456

第五部分 光的电磁特性459

第22章 偏振与双折射459

22.1 引言459

22.2 偏振光的产生463

22.3 马吕斯定律467

22.4 两个扰动的叠加468

22.5 双折射现象472

22.6 偏振光干涉：四分之一波片与半波片478

22.7 偏振光的分析481

22.8 光学旋光482

22.9 光束在椭圆芯单模光纤中传输时偏振态的变化484

22.10 渥拉斯顿棱镜487

22.11 罗雄棱镜488

22.12 各向异性媒质中平面电磁波的传播489

22.13 射线速度与射线折射率495

22.14 琼斯运算法498

22.15 法拉第旋光500

22.16 光学旋光理论501

小结505

习题506

参考文献和推荐读物509

第23章 电磁波510

23.1 麦克斯韦方程组510

23.2 电介质中的平面波511

23.3 电介质中的三维波动方程516

23.4 坡印亭矢量517

23.5 电磁波的能量密度和强度520

23.6 辐射压强522

23.7 导电介质中的波动方程524

23.8 连续性条件526

23.9 麦克斯韦方程组的物理意义527

小结529

习题530

参考文献和推荐读物531

第24章 电磁波的反射与折射532

24.1 引言532

24.2 两电介质分界面上的反射532

24.3 导电介质的反射550

24.4 电介质薄膜上的反射552

小结554

习题555

参考文献和推荐读物556

第六部分 光子559

第25章 辐射的粒子性559

25.1 引言560

25.2 光电效应560

25.3 康普顿效应563

25.4 光子质量569

25.5 光子的角动量569

小结572

习题573

参考文献和推荐读物574

第七部分 激光与光纤光学577

第26章 激光导论577

26.1 引言578

26.2 光纤激光器585

26.3 红宝石激光器587

26.4 氦-氖激光器589

26.5 光学谐振腔591

26.6 爱因斯坦系数和光放大596

26.7 线型函数604

26.8 红宝石激光器的典型参数607

26.9 激光束的单色性608

26.10 拉曼放大和拉曼激光器609

小结613

习题615

参考文献和推荐读物616

第27章 光纤光学Ⅰ：基本概念和射线光学617

27.1 引言618

27.2 一些历史评论618

27.3 全反射621

27.4 光纤623

27.5 为什么是玻璃纤维624

27.6 相干光纤束625

27.7 数值孔径626

27.8 光纤的损耗628

27.9 损耗极限630

27.10 多模光纤中的脉冲色散631

27.11 色散和最大比特率635

27.12 光纤传感器636

习题637

参考文献和推荐读物638

第28章 光纤光学Ⅱ：波导的基本理论与模式的概念639

28.1 引言639

28.2 对称平面阶跃型波导的TE模式640

28.3 模式的物理意义646

28.4 折射率分布为抛物线型的平面波导中的TE模式648

28.5 对称的阶跃型平面波导的TM模式649

28.6 波导理论和量子力学650

习题653

参考文献和推荐读物654

第29章 光纤光学Ⅲ：单模光纤655

29.1 引言655

29.2 基本方程655

29.3 阶跃型折射率光纤的导模658

29.4 单模光纤662

29.5 单模光纤中的脉冲色散664

29.6 色散补偿光纤668

习题671

参考文献和推荐读物672

附录A 伽马函数和与高斯函数相关的积分673

附录B 积分∫∞ -∞ singx/xdx675

附录C 高斯光束的衍射676

附录D 平板波导的TE模式与TM模式677