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目录 3

第一篇 应用光学 3

第1章 几何光学基础 3

1.1 几何光学的基本定律 3

1.1.1 发光点、光线和光束 3

1.1.2 几何光学的基本定律 4

1.1.3 全反射 5

1.1.4 费马原理 6

1.2 物像基本概念 7

1.2.1 光学系统与完善像概念 7

1.2.2 物和像的概念 8

1.3 球面和球面系统 9

1.3.1 符号法则 9

1.3.2 实际单个折射球面的光路计算 10

1.3.3 单个折射球面近轴光线的光路计算 12

1.3.4 物平面以细光束经折射球面的成像 15

1.3.5 球面反射镜 17

1.3.6 共轴球面系统 19

1.3.7 透镜 21

1.4 平面与平面系统 23

1.4.1 平面反射镜 23

1.4.2 平行平板 26

1.4.3 反射棱镜 28

1.4.4 折射棱镜 32

1.4.5 光楔 33

1.5 光学材料 34

例题 37

习题 39

第2章 理想光学系统 42

2.1 理想光学系统的基本特性、基点和基面 42

2.1.1 理想光学系统的基本特性 42

2.1.2 理想光学系统的基点和基面 43

2.2 理想光学系统的物像关系 45

2.2.1 图解法求像 45

2.2.2 解析法求像 46

2.3 理想光学系统的放大率 48

2.3.1 放大率 48

2.3.2 节点和节平面 49

2.3.3 用平行光管测定焦距的原理 51

2.4 理想光学系统的组合 52

2.4.1 双光组组合 52

2.4.2 多光组组合 55

2.5 单透镜 57

2.5.1 单个折射球面的主点 57

2.5.2 单透镜的基点与基面 58

2.5.3 薄透镜和薄透镜组 61

2.6 光学系统中的光束限制 62

2.6.1 光阑及其作用 62

2.6.2 孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳 63

2.6.3 视场光阑 65

2.6.4 渐晕光阑、入射窗和出射窗 65

2.6.5 光学系统的景深 67

2.6.6 远心光路 70

2.7 像差概述 72

2.7.1 轴上点球差 72

2.7.2 单色光轴外像差 73

2.7.3 色差 78

2.8 波像差 80

2.9 矩阵运算在几何光学中的应用 81

2.9.1 近轴光的矩阵表示 82

2.9.2 物像矩阵 83

2.9.3 用高斯常数表示系统的基点位置和焦距 85

2.9.4 薄透镜系统的矩阵运算 86

例题 88

习题 91

第3章 光学仪器的基本原理 94

3.1 眼睛 94

3.1.1 眼睛的结构 94

3.1.2 眼睛的调节 96

3.1.3 眼睛的缺陷和校正 97

3.1.4 眼睛的分辨率 98

3.2 放大镜 98

3.2.1 放大镜的放大率 99

3.2.2 放大镜的光束限制和视场 100

3.3 显微镜 101

3.3.1 显微镜的成像原理 101

3.3.2 显微镜中的光束限制 103

3.3.3 显微镜的分辨率和有效放大率 104

3.3.4 显微物镜 106

3.4 望远镜 107

3.4.1 望远镜的一般特性 107

3.4.2 望远物镜 110

3.4.3 望远镜目镜 111

3.4.4 望远系统外形尺寸的计算 117

3.5 摄影系统 118

3.5.1 摄影物镜的光学特性 118

3.5.2 摄影物镜的景深 120

3.5.3 摄影物镜的类型 121

3.6.1 激光光学系统 122

3.6 现代光学系统 122

3.6.2 傅里叶变换光学系统 128

3.6.3 线性成像物镜 131

习题 133

4.1 电磁波谱 电磁场基本方程 137

4.1.1 电磁波谱 137

第4章 光的电磁理论 137

第二篇 物理光学 137

4.1.2 电磁场基本方程 138

4.2 光波在各向同性介质中的传播 141

4.2.1 波动方程 141

4.2.2 时谐均匀平面波 143

4.3 光波的偏振特性 150

4.3.1 光波的偏振态 150

4.3.2 椭圆偏振、线偏振和圆偏振 152

4.4.1 反射定律、折射定律 154

4.4 光波在介质界面上的反射和折射 154

4.4.2 菲涅耳公式 156

4.4.3 反射率和透射率 160

4.4.4 全反射与临界角 164

4.5 光波场的频率谱 168

4.5.1 光波场的时间频率谱 168

4.5.2 光波场的空间频率谱 173

4.6 球面光波和柱面光波 176

4.6.1 球面光波 176

4.6.2 柱面光波 177

例题 178

习题 181

第5章 光的干涉 184

5.1 光干涉的条件 184

5.1.1 光的干涉现象 184

5.1.2 光干涉的条件 185

5.1.3 从普通光源获得相干光的方法 188

5.2.1 分波面双光束干涉 189

5.2 双光束干涉 189

5.2.2 分振幅双光束干涉 193

5.3 多光束干涉 200

5.3.1 平行平板的多光束干涉 200

5.3.2 多光束干涉条纹的特性 202

5.4 光学薄膜 208

5.4.1 单层光学薄膜 208

5.4.2 多层光学薄膜 210

5.4.3 光学薄膜的应用 214

5.4.4 高反射率的测量 217

5.5 典型的干涉仪及其应用 219

5.5.1 迈克耳孙干涉仪 219

5.5.2 马赫-曾德尔干涉仪 221

5.5.3 法布里-珀罗干涉仪 222

5.6 光的相干性 227

5.6.1 光的空间相干性 227

5.6.2 光的时间相干性 232

例题 235

习题 238

第6章 光的衍射 243

6.1 光的衍射现象 243

6.2 衍射的基本原理 244

6.2.1 惠更斯-菲涅耳原理 244

6.2.2 基尔霍夫衍射公式 246

6.3.1 夫琅禾费衍射装置 250

6.3 夫琅禾费衍射 250

6.2.3 衍射的巴比涅原理 250

6.3.2 矩孔衍射 251

6.3.3 单缝衍射 255

6.3.4 圆孔衍射 256

6.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 259

6.4.1 在像面观察的夫琅禾费衍射 259

6.4.2 成像系统的分辨率 261

6.5.1 强度分布公式 264

6.5 夫琅禾费多缝衍射 264

6.5.2 多缝衍射的特点与图样 266

6.6 衍射光栅 270

6.6.1 光栅的分光性能 270

6.6.2 闪耀光栅 273

6.6.3 波导光栅 275

6.7 菲涅耳衍射 278

6.7.1 菲涅耳波带法及圆孔、圆屏菲涅耳衍射 278

6.7.2 菲涅耳波带片 282

6.7.3 菲涅耳直边衍射 285

6.8 全息术 290

6.8.1 全息术的原理 291

6.8.2 全息术的特点 293

6.8.3 全息术的应用 293

例题 296

习题 299

7.1.1 各向异性介质的介电张量 302

7.1 介电张量 302

第7章 晶体光学 302

7.1.2 介电张量的对称性 304

7.2 单色平面波在晶体中的传播 306

7.2.1 相速度和光线速度 306

7.2.2 菲涅耳公式 309

7.3 单轴晶体和双轴晶体的光学性质 311

7.3.1 晶体的光学分类 311

7.3.2 光在各向同性介质中的传播 312

7.3.3 光在单轴晶体中的传播 313

7.3.4 光在双轴晶体中的传播 317

7.4 晶体光学性质的图形表示 318

7.4.1 折射率椭球 318

7.4.2 折射率曲面和波矢曲面 322

7.5 平面波在晶体表面的反射和折射 326

7.5.1 光在晶体界面上的双反射和双折射 326

7.5.2 光在晶体界面上的全反射 328

7.5.3 斯涅耳作图法 329

7.6 偏振器和补偿器 332

7.6.1 偏振器 332

7.6.2 波片 338

7.6.3 补偿器 341

7.7 偏振光和偏振器件的琼斯矩阵 342

7.7.1 偏振光的矩阵表示 343

7.7.2 正交偏振 345

7.7.3 偏振器件的矩阵表示 346

7.7.4 琼斯矩阵的本征矢量 350

7.8 偏振光的干涉 351

7.8.1 平行偏振光的干涉 351

7.8.2 会聚光的偏光干涉 354

7.9 电光效应 357

7.9.1 克尔效应和泡克尔效应 357

7.9.2 电光张量 357

7.9.3 KDP晶体的线性电光效应 359

7.9.4 KDP晶体的纵向泡克尔效应 360

7.9.5 横向泡克尔效应 363

7.9.6 电光效应的应用 364

7.10 声光效应 369

7.10.1 声光衍射 369

7.10.2 拉曼-奈斯声光衍射 370

7.10.3 布拉格衍射 371

7.10.4 声光效应的应用 373

7.11 旋光现象 375

7.11.1 旋光现象的观察和规律 375

7.11.2 旋光现象的解释 377

7.12 磁致旋光效应 379

7.12.1 法拉第效应 379

7.12.2 法拉第效应的应用 381

例题 383

习题 388

第8章 光的吸收、色散和散射 391

8.1 光与物质相互作用的经典理论 391

8.1.1 经典理论的基本方程 392

8.1.2 介质的复折射率 393

8.2 光的吸收 396

8.2.1 光吸收定律 396

8.2.2 一般吸收与选择吸收 397

8.2.3 吸收光谱 399

8.2.4 双／多光子吸收与场致吸收 400

8.3 光的色散 403

8.3.1 正常色散与反常色散 404

8.3.2 光孤子 406

8.4 光的散射 407

8.4.1 线性散射 408

8.4.2 非线性散射 413

例题 417

习题 418

第9章 现代光学技术简介 420

9.1 航天光学遥感 420

9.1.1 航天光学遥感技术的基本概念 420

9.1.2 航天光学遥感设备的光学系统 423

9.1.3 航天光学遥感的发展 426

9.1.4 航天光学遥感的发展趋势 428

9.2 自适应光学 430

9.2.1 自适应光学的概念 430

9.2.2 畸变波前的泽尼克多项式描述 430

9.2.3 自适应光学系统的组成和工作原理 432

9.2.4 自适应光学技术应用举例 437

9.2.5 自适应光学技术的研究进展 441

9.3 红外与微光成像 442

9.3.1 红外与微光成像的基本概念 442

9.3.2 红外热成像技术 443

9.3.3 微光成像技术 448

9.3.4 我国在光电子成像技术方面的研究 456

9.4 瞬态光学 456

9.4.1 高速摄影 456

9.4.2 超短脉冲激光技术 460

9.5.1 光学信息处理的基本原理 462

9.5 光学信息处理 462

9.5.2 光学信息处理的应用举例 465

9.5.3 空间光调制器 469

9.5.4 小结 472

9.6 微光学 472

9.6.1 微光学的基本概念 472

9.6.2 微光学元件和系统的设计 474

9.6.3 微光学元件加工技术 475

9.6.4 微光学元件的应用 483

9.6.5 我国在微光学方面的研究 486

9.7 单片光电集成 486

9.7.1 单片光电集成的概念 487

9.7.2 Si基单片OEIC 489

9.7.3 GaAs基单片OEIC 490

9.7.4 InP基单片OEIC 491

9.7.5 小结 494

习题答案 495

参考文献 502