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绪论1

第1章 光的电磁理论4

1.1 电磁波谱及电磁场基本方程4

1.1.1 电磁波谱4

1.1.2 电磁场基本方程5

1.2 光波在各向同性介质中的传播8

1.2.1 波动方程8

1.2.2 平面波的特性及参量9

1.2.3 球面波和柱面波12

1.3 光波在介质界面上的反射和折射14

1.3.1 反射定律、折射定律14

1.3.2 菲涅耳公式15

1.3.3 反射率和透射率18

1.3.4 全反射与全反射临界角19

1.4 光波场的频率谱22

1.4.1 光波场的时间频率谱22

1.4.2 光波场的空间频率谱26

1.4.3 光波场的频率谱28

例题28

习题30

第2章 光的干涉32

2.1 光干涉的条件32

2.1.1 光的干涉现象32

2.1.2 产生光干涉的条件33

2.1.3 从普通光源获得相干光的方法34

2.2 双光束干涉35

2.2.1 分波面双光束干涉35

2.2.2 分振幅双光束干涉38

2.3 多光束干涉43

2.3.1 平行平板的多光束干涉43

2.3.2 多光束干涉条纹的特性45

2.4 光学薄膜48

2.4.1 单层光学薄膜48

2.4.2 多层光学薄膜50

2.5 典型的干涉仪及其应用53

2.5.1 迈克耳逊干涉仪53

2.5.2 马赫泽德干涉仪54

2.5.3 法布里-珀罗干涉仪55

2.6 光的相干性57

2.6.1 光的空间相干性57

2.6.2 光的时间相干性60

例题62

习题66

第3章 光的衍射71

3.1 光的衍射现象71

3.2 惠更斯-菲涅耳原理71

3.2.1 惠更斯原理71

3.2.2 惠更斯-菲涅耳原理分析72

3.2.3 基尔霍夫衍射公式73

3.2.4 巴比涅原理75

3.2.5 衍射系统的讨论75

3.3 典型孔径的夫琅禾费衍射76

3.3.1 衍射系统及透镜对衍射系统的作用76

3.3.2 矩孔衍射77

3.3.3 夫琅禾费单缝衍射80

3.3.4 夫琅禾费圆孔衍射81

3.3.5 傅里叶变换相移定理83

3.4 光学成像系统的衍射和分辨率83

3.4.1 像平面的夫琅禾费衍射83

3.4.2 成像系统的分辨率84

3.5 夫琅禾费多缝衍射86

3.5.1 夫琅禾费双缝衍射86

3.5.2 夫琅禾费多缝衍射87

3.6 衍射光栅91

3.6.1 光栅的分光性能91

3.6.2 平面定向光栅（闪耀光栅）93

3.7 菲涅耳衍射94

3.7.1 菲涅耳半波带94

3.7.2 菲涅耳衍射95

3.7.3 夫琅禾费单缝衍射的半波带法99

3.7.4 直线传播、衍射及干涉的关系100

3.8 全息照相101

例题103

习题105

第4章 光的偏振和晶体光学基础108

4.1 光波的偏振特性108

4.1.1 光波的偏振态108

4.1.2 完全偏振光的三种形式110

4.1.3 反射光和折射光的偏振态112

4.2 光通过单轴晶体时的双折射现象114

4.3 光在晶体中的波面116

4.4 光在晶体中的传播方向117

4.4.1 单轴晶体的主折射率117

4.4.2 单轴晶体内o光与e光的传播117

4.5 偏振元件120

4.5.1 二向色性与偏振片120

4.5.2 偏振元件介绍120

4.5.3 波片（相位延迟器）124

4.5.4 补偿器126

4.6 偏振的矩阵表示127

4.6.1 偏振光的矩阵表示127

4.6.2 正交偏振129

4.6.3 偏振元件的矩阵表示130

4.7 偏振态的获得及实验检验133

4.7.1 偏振态的获得133

4.7.2 5种偏振态的检验136

4.8 偏振光的干涉137

4.8.1 偏振光干涉原理137

4.8.2 会聚偏振光的干涉139

4.8.3 椭偏仪的基本原理141

4.9 光弹效应和电光效应144

4.9.1 光弹效应144

4.9.2 电光效应146

4.10 声光效应151

4.11 旋光现象153

4.11.1 旋光现象及其物理解释153

4.11.2 磁致旋光155

4.11.3 量糖术155

例题156

习题158

第5章 光的吸收、散射和色散161

5.1 光与物质相互作用的经典理论161

5.2 光的吸收163

5.2.1 光的吸收规律163

5.2.2 吸收光谱164

5.3 光的散射165

5.3.1 散射的特点165

5.3.2 瑞利散射166

5.3.3 散射光的偏振状态166

5.3.4 散射光的强度167

5.3.5 分子散射168

5.3.6 喇曼散射168

5.4 光的色散169

5.4.1 色散的特点169

5.4.2 正常色散170

5.4.3 反常色散171

例题172

习题173

第6章 光的量子性174

6.1 热辐射与基尔霍夫定律174

6.2 黑体辐射175

6.2.1 黑体与斯忒藩-玻尔兹曼定律175

6.2.2 维恩位移定律176

6.2.3 维恩公式和瑞利-金斯公式177

6.3 普朗克公式和能量子假设177

6.4 光电效应179

6.4.1 光电效应及其实验规律179

6.4.2 光电效应同波动理论的矛盾179

6.5 光电效应的量子解释179

6.5.1 爱因斯坦的光子假设及其光电方程179

6.5.2 对光电效应的量子解释180

6.5.3 光子的质量和动量180

6.6 康普顿效应181

6.7 德布罗意波183

6.8 波粒二象性184

例题185

习题186

第7章 现代光学基础189

7.1 原子发光的机理189

7.1.1 玻尔氢原子模型189

7.1.2 能级图190

7.1.3 原子发光机理190

7.2 光与原子相互作用190

7.2.1 吸收191

7.2.2 自发辐射191

7.2.3 受激辐射191

7.2.4 吸收、自发辐射和受激辐射三系数之间的关系192

7.3 粒子数反转192

7.3.1 受激辐射与吸收192

7.3.2 能实现粒子数反转的物质193

7.4 光振荡195

7.4.1 受激辐射与自发辐射195

7.4.2 光学谐振腔195

7.4.3 稳定谐振腔结构196

7.4.4 光振荡的阈值条件197

7.5 激光的单色性198

7.5.1 谱线宽度198

7.5.2 谐振腔的共振频率199

7.5.3 激光的单色性199

7.6 激光的相干性200

7.6.1 谐振腔光波衍射的影响200

7.6.2 激光的相干性201

7.7 傅里叶光学简介202

7.8 非线性光学基础204

7.8.1 非线性光学现象204

7.8.2 激光倍频技术205

7.8.3 激光自聚焦205

例题206

习题207

习题答案209

参考文献214