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绪论 1

第1章　光在各向同性介质中的传播规律 3

1.1　麦克斯韦方程组 4

1.1.1　积分形式的麦克斯韦方程组 4

1.1.2　微分形式的麦克斯韦方程组 6

1.1.3 电磁场常用公式 7

1.2 电磁场的波动方程 8

1.2.1 波动方程 8

1.2.2 电磁波 9

1.3 平面电磁波 11

1.3.1　平面电磁波的解 11

1.3.2　平面电磁波的表示方法 12

1.3.3　平面电磁波的性质 13

1.3.4　平面波电磁波的叠加 14

1.4　球面波与柱面波 17

1.4.1 球面波 17

1.4.2　柱面波 19

1.5 光驻波 21

1.5.1　波节与波腹 21

1.5.2　驻波实验 22

1.6　复色光波 24

1.6.1 光学拍 24

1.6.2　相速度与群速度 26

1.6.3 多个不同频率光波的叠加 27

1.7　电磁场的边值关系 28

1.7.1　磁感应强度与电感应强度所满足的边值关系 28

1.7.2 电场强度与磁场强度所满足的边值关系 29

1.8　光在介质表面的反射与折射 31

1.8.1　入、反、折三波的频率与波矢关系 31

1.8.2　反射波与折射波的方向 32

1.9　菲涅耳公式 32

1.9.1 S波的反射系数与透射系数 33

1.9.2　P波的反射系数与透射系数 34

1.9.3　菲涅耳公式的讨论 35

1.9.4　斯托克斯倒逆关系 37

1.9.5　反射率与透过率 38

1.10　全反射 41

1.10.1　反射系数变化 41

1.10.2　位相变化 41

1.10.3　倏逝波 43

1.11 光在金属表面的透射与反射 44

1.11.1　金属内的透射波 44

1.11.2　金属表面的反射 46

小结1 48

应用实例1 49

习题1 51

第2章　光在各向异性介质中的传播规律 54

2.1　各向异性晶体概述 55

2.1.1 各向异性晶体的基本性质 55

2.1.2　寻常光与非常光 56

2.1.3 晶体的光轴 56

2.1.4　主平面、主截面与入射面 56

2.1.5　介电张量与折射率张量 57

2.1.6　张量的变换 57

2.2　光在晶体中传播的基本规律 59

2.2.1 晶体中单色平面波的各矢量关系 59

2.2.2 晶体中光波的相速度与光线速度 60

2.2.3　晶体中E与D的关系 61

2.3 晶体的菲涅耳方程 62

2.3.1　波矢菲涅耳方程 62

2.3.2　光线菲涅耳方程 64

2.4　折射率椭球方程 65

2.4.1　折射率椭球 65

2.4.2　单轴晶体的折射率椭球 66

2.4.3　双轴晶体的折射率椭球 68

2.5　光在单轴晶体中的传播规律 71

2.5.1 波矢菲涅耳方程的解 72

2.5.2　o光和e光的振动方向 73

2.5.3　e光的离散角 74

2.6　波矢折射率曲面与光线折射率曲面 75

2.6.1　波矢折射率曲面方程 75

2.6.2　光线折射率曲面方程 78

2.6.3　激光倍频 80

2.7　波矢曲面方程与光线曲面方程 82

2.7.1　波矢面方程 82

2.7.2　光线面方程 85

2.8　波矢速度面与光线速度面 88

2.8.1　波矢速度面方程 88

2.8.2　光线速度面方程 90

2.9　光在晶体表面的反射与折射 93

2.9.1　双反射与双折射 93

2.9.2　斯涅耳作图法 94

2.9.3　惠更斯作图法 96

2.10　双轴晶体产生的锥形折射 99

2.10.1　内锥形折射 100

2.10.2　外锥形折射 101

小结2 103

应用实例2 103

习题2 105

第3章　介质对光的吸收、色散与散射 109

3.1　光与物质相互作用的经典理论 110

3.1.1 电磁理论 110

3.1.2　色散与吸收曲线 112

3.2　介质对光的吸收 113

3.2.1 吸收定律 114

3.2.2 吸收光谱 115

3.3　介质对光的色散 117

3.3.1 正常色散与反常色散 117

3.3.2　光在色散介质中的传播 120

3.3.3 色散率 120

3.4　介质对光的散射 121

3.4.1 光的散射及其形成原因 121

3.4.2　散射的种类 122

小结3 127

应用实例3 127

习题3 128

第4章　光的干涉理论与应用 130

4.1 产生干涉的条件 131

4.1.1　干涉的基本条件 131

4.1.2　实现干涉的基本方法 132

4.1.3　干涉场强度分布 132

4.2　杨氏双缝干涉 134

4.2.1　杨氏双缝干涉的原理 134

4.2.2　杨氏双缝干涉的强度分布 134

4.2.3　其他分波前干涉 136

4.3　等倾干涉 139

4.3.1　等倾干涉的原理 139

4.3.2　等倾干涉图样 140

4.4　等厚干涉 142

4.4.1　等厚干涉的原理 143

4.4.2　等厚干涉图样 143

4.5　影响干涉条纹对比度的因素 146

4.5.1 光源大小的影响 146

4.5.2　光源非单色性的影响 149

4.5.3　两相干光波振幅比的影响 151

4.6　双光束干涉仪 151

4.6.1　平面干涉仪 151

4.6.2　球面干涉仪 154

4.6.3　迈克尔逊干涉仪 155

4.6.4　泰曼干涉仪 158

4.6.5　马赫-泽德干涉仪 159

4.7　多光束干涉 161

4.7.1 多光束干涉的强度分布 162

4.7.2　多光束干涉图样的特点 163

4.7.3　透射光的特点 164

4.8　法布里-珀罗干涉仪 166

4.8.1　法布里-珀罗干涉仪的结构与原理 166

4.8.2　法布里-珀罗干涉仪的应用 168

4.9　单层光学薄膜 172

4.9.1　单层膜的反射率 172

4.9.2 单层膜的种类 174

4.10　多层介质膜 176

4.10.1　等效折射率 177

4.10.2　多层介质膜的反射率 177

4.10.3　常用多层介质膜 180

4.10.4　多层介质膜应用 182

小结4 183

应用实例4 184

习题4 187

第5章　光的衍射理论与应用 191

5.1　惠更斯-菲涅耳原理 192

5.1.1　惠更斯原理 192

5.1.2　惠更斯-菲涅耳原理概述 193

5.1.3　菲涅耳波带法 194

5.2　基尔霍夫衍射理论 196

5.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理 196

5.2.2　菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 198

5.2.3　基尔霍夫衍射公式的近似 199

5.3　夫琅禾费衍射 203

5.3.1　夫琅禾费衍射装置 203

5.3.2　透镜的位相变换作用 204

5.4 处理衍射用傅里叶变换与有关函数 206

5.4.1　傅里叶变换简介 206

5.4.2　常用函数的傅里叶变换对 207

5.4.3　傅里叶变换定理 207

5.4.4　卷积及其性质 208

5.4.5 δ函数及其性质 209

5.5 照明函数和孔径函数的具体表达形式 210

5.5.1 照明函数的具体表达形式 210

5.5.2　常用函数的定义及其傅里叶变换频谱 212

5.5.3　孔径函数的具体表示 216

5.6　利用傅里叶变换处理夫琅禾费衍射 217

5.6.1 单缝衍射 217

5.6.2　双缝衍射 220

5.6.3　矩形孔衍射 222

5.6.4 圆孔衍射 223

5.6.5 圆盘衍射 224

5.7　衍射光栅 225

5.7.1 光栅衍射 225

5.7.2　光栅的分光本领 231

5.8 闪耀光栅 233

5.8.1 闪耀光栅的结构 233

5.8.2 闪耀光栅的分光原理 234

小结5 236

应用实例5 236

习题5 238

第6章　光的偏振理论与应用 242

6.1　偏振光概述 243

6.1.1 自然光与偏振光 243

6.1.2　获得偏振光的方法 244

6.1.3 偏振度 247

6.1.4　马吕斯定律与消光比 248

6.2 正交偏振光的叠加 249

6.2.1　椭圆偏振光 249

6.2.2　偏振椭圆分析 250

6.3　偏振光学元件 252

6.3.1 偏振棱镜 252

6.3.2 波片 255

6.3.3　补偿器 256

6.3.4　偏振光检验 257

6.4　偏振光与偏振光学元件的矩阵表示 259

6.4.1　偏振光的矩阵表示 259

6.4.2　偏振器件的矩阵表示 262

6.4.3　琼斯矩阵的应用 266

6.5　偏振光的干涉 268

6.5.1　平行偏振光的干涉 268

6.5.2　会聚偏振光的干涉 272

6.6　物质的旋光效应 274

6.6.1 物质的旋光效应概述 274

6.6.2 物质旋光效应的解释 276

6.6.3 科纽棱镜 277

6.7　磁光效应 278

6.7.1　法拉第效应 278

6.7.2　磁致旋光效应的解释 279

6.7.3　法拉第效应应用举例 279

6.8 电光效应 280

6.8.1 电致折射率变化 280

6.8.2　KDP晶体的电光效应 281

6.8.3　LiNbO3晶体的电光效应 283

6.8.4　纵向电光效应和横向电光效应 286

6.8.5 电光效应应用 288

小结6 289

应用实例6 289

习题6 291

术语英-汉索引 294

习题参考答案 304

参考文献 310