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第一章 光和光的传播 1

§1．光和光学 1

1.1 光的本性 1

1.2 光源与光谱 3

1.3 光学的研究对象、分支与应用 6

§2．光的几何光学传播规律 6

2.1 几何光学三定律 6

2.2 全反射 9

2.3 棱镜与色散 11

2.4 光路的可逆性原埋 14

§3．惠更斯原理 15

3.1 波的几何描述 15

3.2 惠更斯原理的表述 15

3.3 对反射定律和折射定律的解释 16

3.4 直线传播问题 18

4.1 光程 19

§4．费马原理 19

4.2 费马原理的表述 20

4.3 由费马原理推导几何光学三定律 21

§5．光度学基本概念 22

5.1 辐射能通量和光通量 22

5.2 发光强度和亮度 25

5.3 余弦发光体和定向发光体 26

5.4 照度 27

5.5 光度学单位的定义 28

本章提要 30

思考题 31

习题 32

第二章 几何光学成像 36

§1．成像 36

1.1 实像与虚像 实物与虚物 36

1.2 物方和像方 物与像的共轭性 38

1.3 物像之间的等光程性 38

1.4 等光程面 39

§2．共轴球面组傍轴成像 40

2.1 光在单个球面上的折射 40

2.2 轴上物点成像焦距、物像距公式 42

2.3 傍轴物点成像与横向放大率 44

2.4 逐次成像 45

2.5 拉格朗日-亥姆霍兹定理 46

§3．薄透镜 46

3.1 焦距公式 46

3.2 成像公式 48

3.3 密接透镜组 50

3.4 焦面 50

3.5 作图法 51

3.6 透镜组成像 52

§4．理想光具组理论 54

4.1 理想成像与共线变换 54

4.2 共轴理想光具组的基点和基面 55

4.3 物像关系 57

4.4 理想光具组的联合 59

§5．光学仪器 62

5.1 投影仪器 62

5.2 照相机 63

5.3 眼睛 63

5.4 放大镜和目镜 66

5.5 显微镜 67

5.6 望远镜 69

5.7 棱镜光谱仪 70

§6．光阑 71

6.1 孔径光阑入射光瞳和出射光瞳 71

6.2 视场光阑入射窗和出射窗 74

§7．像差 76

7.1 像差概述 76

7.2 球面像差 77

7.3 彗形像差 78

7.4 正弦条件和齐明点 78

7.5 像散和像场弯曲 80

7.6 畸变 81

7.7 色像差 81

7.8 小结 84

§8．像的亮度、照度和主观亮度 85

8.1 像的亮度 85

8.2 像的照度 86

8.3 主观亮度 87

本章提要 88

思考题 92

习题 94

第三章 干涉 101

§1．波的叠加与干涉 101

1.1 波的描述 101

1.2 波的叠加原理 101

1.3 两个点波源的干涉 103

2.1 杨氏双缝干涉实验 105

§2．杨氏实验 光场的空间相干性 105

2.2 一些其它干涉装置 107

2.3 干涉条纹的移动 109

2.4 普通光源发光微观机制的特点 110

2.5 光源宽度对干涉条纹衬比度的影响 111

2.6 光场的空间相干性 113

§3．薄膜干涉（一）——等厚条纹 115

3.1 薄膜干涉概述 115

3.2 薄膜表面的等厚条纹 117

3.3 劈形薄膜的等厚条纹 118

3.4 牛顿环 120

3.5 等厚干涉条纹的观测方法及倾角的影响 122

3.6 薄膜的颜色增透膜和高反射膜 124

§4．薄膜干涉（二）——等倾条纹 125

4.1 无穷远的等倾条纹 125

4.2 观察等倾条纹时扩展光源的作用 127

4.3 薄膜干涉的定域问题 128

5.1 迈克耳孙干涉仪的结构 130

§5．迈克耳孙干涉仪光场的时间相干性 130

5.2 干涉条纹 131

5.3 光源的非单色性对干涉条纹的影响 134

5.4 傅里叶变换光谱仪 137

5.5 精密测长与长度的自然基准 137

5.6 光场的时间相干性 140

5.7 光场的相干性小结 142

§6．多光束干涉 法布里-珀罗干涉仪 143

6.1 多光束干涉的强度分布公式 143

6.2 法布里-珀罗干涉仪的装置和条纹的半峰宽度 147

6.3 法布里-珀罗干涉仪在光谱学中的应用 150

本章提要 152

思考题 155

习题 157

第四章 衍射 163

§1．光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理 163

1.1 光的衍射现象 163

1.2 惠更斯-菲涅耳原理 165

1.3 巴比涅原理 169

1.4 衍射的分类 169

§2．菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射 170

2.1 实验现象 170

2.2 半波带法 171

2.3 矢量图解法 173

2.4 菲涅耳波带片 175

§3．夫琅禾费单缝衍射和矩孔衍射 179

3.1 实验装置和实验现象 179

3.2 单缝衍射的强度公式 180

3.3 矩孔衍射的强度公式 183

3.4 单缝衍射因子的特点 184

3.5 几何光学的限度 188

§4．光学仪器的像分辨本领 189

4.1 夫琅禾费圆孔衍射 189

4.2 望远镜的分辨本领 190

4.3 球面波照明条件下像面接收的夫琅禾费衍射 192

4.4 显微镜的分辨本领 193

§5．多缝夫琅禾费衍射和光栅 195

5.1 实验装置和衍射图样 195

5.2 N缝衍射的振幅分布和强度分布 197

5.3 缝间干涉因子的特点 199

5.4 单缝衍射因子的作用 201

5.5 黑白光栅和正弦光栅 202

6.2 光栅的色散本领和色分辨本领 205

6.1 光栅的分光原理 205

§6．光栅光谱仪 205

6.3 量程和自由光谱范围 208

6.4 闪耀光栅 208

6.5 棱镜光谱仪的色散本领和色分辨本领 211

§7．三维光栅——X射线在晶体上的衍射 212

7.1 晶体点阵X射线 212

7.2 X射线在晶体上的衍射——布拉格条件 213

本章提要 217

7.3 劳埃相和德拜相 217

思考题 220

习题 224

第五章 变换光学与全息照相 229

§1．衍射系统产生的波前变换 229

1.1 从惠更斯-菲涅耳原理看衍射现象 229

1.2 衍射系统的屏函数 振幅变换函数与相位变换函数 229

1.3 平面波与球面波的波前函数 231

1.4 傍轴条件和远场条件 233

1.5 透镜的相位变换函数 234

1.6 棱镜的相位变换函数 237

§2．阿贝成像原理与相衬显微镜 238

2.1 阿贝成像原理 238

2.2 空间频谱 240

2.3 空间滤波与阿贝-波特实验 242

2.4 相衬显微镜 245

3.1 夫琅禾费衍射装置和衍射积分的标准形式 247

§3．傅里叶变换光学与光信息处理 247

3.2 傅里叶变换及其逆变换 249

3.3 夫琅禾费衍射与傅里叶变换的关系 250

3.4 相干光图像处理的4F系统 251

3.5 空间滤波实验举例 252

§4．全息照相 255

4.1 全息照相步骤 255

4.2 全息照相的特点 257

4.3 全息照相的基本原理——无源空间边值定解 257

4.4 波前的全息记录 258

4.5 物光波前的重建 259

4.6 体全息 261

4.7 全息术的应用 262

本章提要 264

思考题 266

习题 267

1.1 偏振现象与光的横波性 270

第六章 偏振 270

§1．光的横波性与五种偏振态 270

1.2 偏振片 271

1.3 自然光 272

1.4 线偏振光 272

1.5 部分偏振光 273

1.6 圆偏振光 274

1.7 椭圆偏振光 275

§2．光在电介质表面的反射和折射菲涅耳公式 276

2.1 菲涅耳反射折射公式 277

2.2 反射率和透射率 278

2.3 斯托克斯的倒逆关系 281

2.4 相位关系与半波损失问题 282

2.5 反射、折射时的偏振现象 285

2.6 从电磁理论推导光的反射、折射定律和菲涅耳公式 286

2.7 全反射与隐失波 288

3.1 双折射现象和基本规律 289

§3．双折射 289

3.2 单轴晶体中的波面 291

3.3 晶体的惠更斯作图法 292

3.4 法向速度与射线速度法向面与射线面 294

3.5 折射率椭球 297

3.6 双轴晶体 298

§4．晶体光学器件 圆偏振光和椭圆偏振光的获得与检验 300

4.1 晶体偏振器 300

4.2 波晶片——相位延迟片 301

4.3 垂直振动的合成 303

4.4 圆偏振光和椭圆偏振光的获得 305

4.5 圆偏振光和椭圆偏振光通过检偏器后强度的变化 307

4.6 通过波晶片后光束偏振状态的变化 307

4.7 圆偏振光和椭圆偏振光的检验 309

§5．偏振光的干涉及其应用 310

5.1 偏振器间的波晶片 310

5.2 色偏振 313

5.3 偏振光的干涉条纹 314

5.4 光测弹性术 314

5.5 克尔效应与泡克耳斯效应 316

5.6 会聚偏振光的干涉 317

§6．旋光 318

6.1 石英的旋光现象 318

6.2 菲涅耳对旋光性的解释 320

6.3 旋光晶体内的波面 322

6.4 量糖术 323

6.5 磁致旋光——法拉第旋转 325

本章提要 327

思考题 329

习题 333

第七章 光与物质的相互作用光的量子性 339

§1．光的吸收 339

1.1 光的线性吸收规律 339

1.3 光的吸收与波长的关系 340

1.2 复数折射率的意义 340

1.4 吸收光谱 341

§2．光的色散 343

2.1 正常色散 343

2.2 反常色散 344

2.3 一种物质的全部色散曲线 345

2.4 相速与群速 345

3.1 光的发射、吸收与色散的经典理论 348

§3．光辐射的理论 348

3.2 辐射阻尼 351

3.3 辐射的量子图像 352

3.4 谱线的自然宽度及谱线增宽 356

§4．光的散射 357

4.1 散射与介质不均匀尺度的关系 357

4.2 瑞利散射和米氏散射 358

4.3 散射光强的角分布与偏振状态 360

4.4 拉曼散射和布里渊散射 361

5.1 激光概述 363

§5．激光 363

5.2 粒子数布居反转与光放大 364

5.3 激活介质中布居反转的实现 365

5.4 增益系数 365

5.5 激光器中共振腔的作用 366

5.6 增益的阈值条件 367

5.7 激光器对频率的选择 368

5.8 激光光束的特性 370

6.1 单光子实验 371

§6．光的波粒二象性 371

6.2 探测光子时概率波的坍缩 374

本章提要 376

思考题 377

习题 377

附录A 傅里叶变换 波包的速度 379

附录B 物理常量 390

习题答案 391

索引 398