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绪论 1

第1章 光在各向同性介质中的传输特性 3

1.1 光波的特性 3

1.1.1 光波与电磁波 麦克斯韦电磁方程 3

1.1.2 几种特殊形式的光波 7

1.1.3 光波场的时域频率谱 14

1.1.4 相速度和群速度 17

1.1.5 光波场的空间频率与空间频率谱 19

1.1.6 光波的横波性、偏振态及其表示 22

1.2 光波在各向同性介质界面上的反射和折射 27

1.2.1 反射定律和折射定律 27

1.2.2 菲涅耳公式 28

1.2.3 反射率和透射率 30

1.2.4 反射和折射的相位特性 32

1.2.5 反射和折射的偏振特性 35

1.2.6 全反射 38

1.3 光波在金属表面上的反射和折射 41

例题 46

习题 52

第2章 光的干涉 56

2.1 双光束干涉 56

2.1.1 产生干涉的基本条件 56

2.1.2 双光束干涉 59

2.2 平行平板的多光束干涉 67

2.3 光学薄膜 72

2.4 典型干涉仪及其应用 82

2.4.1 迈克尔逊干涉仪 82

2.4.2 马赫--泽德干涉仪 85

2.4.3 法布里--珀罗干涉仪 86

2.4.4 干涉滤光片 91

2.4.5 薄膜波导 95

2.5 光的相干性 99

2.5.1 光的相干性 99

2.5.2 相干性的定量描述 104

2.5.3 激光的相干性 108

2.5.4 干涉的定域性 110

例题 113

习题 117

第3章 光的衍射 123

3.1 衍射的基本理论 123

3.1.1 光的衍射现象 123

3.1.2 惠更斯--菲涅耳原理 124

3.1.3 基尔霍夫衍射公式 125

3.2 夫朗和费衍射 130

3.2.1 夫朗和费衍射装置 130

3.2.2 夫朗和费矩形孔和圆孔衍射 131

3.2.3 夫朗和费单缝和多缝衍射 139

3.2.4 巴俾涅原理(Babinet) 145

3.3.1 菲涅耳圆孔衍射--菲涅耳波带法 146

3.3 菲涅耳衍射 146

3.3.2 菲涅耳直边衍射--振幅矢量加法 151

3.4 衍射的应用 155

3.4.1 衍射光栅--光谱仪 155

3.4.2 波导光栅 161

3.4.3 全息光栅 164

3.4.4 波带片 166

3.4.5 微光学透镜 169

3.5 傅里叶光学基础 171

3.5.1 薄透镜对衍射的影响 171

3.5.2 光学傅里叶变换 173

3.5.3 傅里叶变换定理的光学模拟 176

3.6 近场光学简介 180

例题 183

习题 187

第4章 光在各向异性介质中的传输特性 192

4.1 晶体的光学各向异性 192

4.1.1 张量的基础知识 192

4.1.2 晶体的介电张量 194

4.2 理想单色平面光波在晶体中的传播 195

4.2.1 光在晶体中传播的解析法描述 195

4.2.2 光在晶体中传播的几何法描述 205

4.3 平面光波在晶体界面上的反射和折射 217

4.3.1 光在晶体界面上的双反射和双折射 217

4.3.2 光在晶体界面上反射和折射方向的几何作图法描述 218

4.4.1 偏振器 222

4.4 晶体光学元件 222

4.4.2 波片和补偿器 226

4.5 晶体的偏光干涉 230

4.5.1 平行光的偏光干涉 230

4.5.2 会聚光的偏光干涉 234

例题 239

习题 243

第5章 晶体的感应双折射 245

5.1 电光效应 245

5.1.1 电光效应的描述 245

5.1.2 晶体的线性电光效应 246

5.1.3 晶体的二次电光效应 257

5.1.4 晶体电光效应的应用举例 259

5.2 声光效应 262

5.2.1 弹光效应和弹光系数 262

5.2.2 声光衍射 264

5.3 法拉第效应 268

5.3.1 晶体的旋光效应 268

5.3.2 法拉第效应(Faraday) 271

例题 272

习题 274

第6章 光的吸收、色散和散射 276

6.1 光与介质相互作用的经典理论 276

6.2 光的吸收 278

6.2.1 光吸收定律 279

6.2.2 吸收光谱 280

6.3 光的色散 282

6.3.1 色散率 283

6.3.2 正常色散与反常色散 283

6.4 光的散射 286

6.4.1 光的散射现象 286

6.4.2 瑞利散射 286

6.4.3 米氏散射 289

6.4.4 分子散射 289

6.4.5 喇曼散射 290

例题 292

习题 293

7.1.1 波面、光线和光束 295

第7章 几何光学基础 295

7.1 几何光学的基本定律 295

7.1.2 几何光学的基本定律 296

7.1.3 全反射现象 297

7.1.4 费马原理 297

7.1.5 物像的基本概念 300

7.1.6 单个折射球面的折射 301

7.2 单个折射球面近轴区成像 305

7.2.1 物像公式 305

7.2.2 高斯公式和牛顿公式 306

7.2.3 光焦度 307

7.2.4 垂直放大率β 307

7.2.5 轴向放大率α 308

7.2.6 角放大率γ 309

7.2.7 拉亥不变量J 309

7.3 共轴球面系统 309

7.3.1 转面(过滤)公式 309

7.3.2 拉亥公式 311

7.3.3 放大率公式 311

7.4 球面反射镜 312

7.5 平面镜、棱镜系统 313

7.5.1 平面反射镜 313

7.5.2 平面折射 316

7.5.3 反射棱镜 318

7.5.4 折射棱镜 321

7.5.5 光楔 322

例题 323

习题 327

第8章 理想光学系统 328

8.1 理想光学系统的基本特性、基点和基面 328

8.1.1 理想光学系统的基本特性 328

8.1.2 理想光学系统的基点和基面 329

8.2 理想光学系统的物像关系 330

8.2.1 图解法求像 330

8.2.2 解析法求像 331

8.3 节点和节平面 334

8.4 理想光学系统的组合 335

8.4.1 双光组组合 335

8.4.2 多光组组合 338

8.4.3 光组组合形式讨论 340

8.5 透镜 341

8.5.1 单个折射球面的基点、基面 341

8.5.2 透镜 342

8.5.3 薄透镜和薄透镜组 345

8.6 光学系统中的光束限制 348

8.6.1 光阑及其作用 348

8.6.2 孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳 348

8.6.3 视场光阑、入射窗和出射窗 351

8.6.4 光学系统的景深 353

8.6.5 远心光路 357

8.7.1 轴上点球差 359

8.7 像差概念 359

8.7.2 慧差 360

8.7.3 像散 361

8.7.4 像面弯曲 362

8.7.5 畸变 363

8.7.6 轴向色差 363

8.7.7 倍率色差 364

例题 364

习题 367

第9章 光学仪器的基本原理 369

9.1 眼睛 369

9.1.1 眼睛的构造 369

9.1.2 眼睛的调节和适应 370

9.1.3 眼睛的缺陷和校正 371

9.1.4 眼睛的分辨率 372

9.2 放大镜 372

9.2.1 放大镜的放大率 372

9.2.2 放大镜的光束限制和视场 373

9.3 显微镜 374

9.3.1 显微镜的成像原理 374

9.3.2 显微镜的分辨率 376

9.3.3 显微镜的物镜 377

9.3.4 显微镜中的光束限制 378

9.4 望远镜 379

9.4.1 望远镜的一般特性 379

9.4.2 伽利略望远镜和开普勒望远镜 381

9.4.3 望远物镜 382

9.4.4 内调焦望远系统 383

9.4.5 目镜 384

9.5 望远系统外形尺寸的计算 387

9.6 双反射式望远物镜 388

9.6.1 卡塞格伦系统 388

9.6.2 格里高利系统 388

9.6.3 遮拦比和有效F数 389

9.6.4 双反射系统的近轴光学计算 389

习题 391

习题参考答案 392

主要参考书目 398