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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 7

1.3球面与球面系统 8

1.3.1符号规则 8

1.3.2单个折射球面的光路计算 9

1.3.3单个折射球面近轴光线的光路计算 11

1.3.4物平面以细光束经折射球面的成像 13

1.3.5球面反射镜 15

1.3.6共轴球面系统 16

1.3.7薄透镜 8

1.4平面与平面系统 20

1.4.1平面反射镜 20

1.4.2平行平板 23

1.4.3反射棱镜 24

1.4.4折射棱镜 28

1.4.5光楔 29

1.5光学材料 30

例题 32

习题 34

第2章 理想光学系统与实际光学系统 36

2.1理想光学系统的基本特性、基点和基面 36

2.1.1理想光学系统的基本特性 36

2.1.2理想光学系统的基点和基面面 37

2.2理想光学系统的物像关系 38

2.2.1图解法求像 38

2.2.2解析法求像 39

2.3理想光学系统的放大率 41

2.3.1放大率 41

2.3.2节点和节平面 42

2.3.3用平行光管测定焦距的原理 43

2.4理想光学系统的组合 44

2.4.1双光组组合 44

2.4.2多光组组合 47

2.5球面与球面系统的基点和基面 48

2.5.1单个折射球面的主三点 48

2.5.2单透镜的基点与基面 49

2.5.3薄透镜和薄透镜组 52

2.6 矩 阵运算在几何光学中的应用 52

2.6.1近轴光的矩阵表示 52

2.6.物像矩阵 54

2.6.3用高斯常数表示系统的基点位置和焦距 55

2.6.4薄透镜系统的矩阵运算 57

2.7实际光学系统中的光束限制 58

2.7.1光阑及其作用 58

2.7.2孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳 59

2.7.3视场光阑&6 1

2.7.4渐晕光阑、入射窗和出射窗 61

2.7.5光学系统的景深 63

2.7.6远心光路 65

2.8像 67

2.8.1几何像差 67

2.8.2波像差 73

例题 74

习题 77

第3章 光学仪器的基本原理 79

3.1眼睛 79

3.1.1眼睛的结构 79

3.1.2眼睛的调节 80

3.1.3眼睛的缺陷和矫正 81

3.1.4眼睛的分辨率 82

3.2放大镜 82

3.2.1放大镜的放大率 83

3.2.2放大镜的光束限制和视场 84

3.3显微镜 85

3.3.1显微镜的成像原理 85

3.3.2显微镜中的光束限制 86

3.3.3显微镜的分辨率和有效放大率 88

3.3.4显微物镜 89

3.4望远镜 90

3.4.1望远镜的一般特性 90

3.4.2望远物镜 92

3.4.3望远镜目镜 94

3.4.4望远系统外形尺寸的计算 96

3.5摄影系统 97

3.5.1摄影物镜的光学特性 97

3.5.2摄影物镜的景深 97

3.5.3摄影物镜的类型 99

3.6现代光学系统 100

3.6.1激光光学系统 101

3.6.2傅里叶变换光学系统 105

3.6.3线性成像物镜 107

3.6.4激光光盘光学系统 110

习题 114

第二篇 物理光学 117

第4章 光的电磁理论 117

4.1电磁波谱 电磁场基本方程 117

4.1.1电磁波谱 117

4.1.2电磁场基本方程 118

4.2光波在各向同性介质中的传播 121

4.2.1波动方程 121

4.2.2时谐均匀平面波 122

4.3光波的偏振特性 128

4.3.1光波的偏振态 128

4.3.2椭圆偏振光、线偏振光和圆偏振光 130

4.4光波在介质界面上的反射和折射 132

4.4.1反射定律、折射定律 132

4.4.2菲涅耳公式&133 3

4.4.3反射率和透射率 137

4.4.4全反射与临界角 140

4.5光波场的频率谱 1443

4.5.1光波场的时间频率谱 144

4.5.2光波场的空间频率谱 148

4.6球面光波与柱面光波 150

4.6.1球面光波 150

4.6.2柱面光波 151

例题 152

习题 154

第5章 光的干涉 157

5.1光干涉的条件 157

5.1.1光的干涉现象 15

5.1.2光十涉的条件 158

5.1.3从普通光源获得相干光的方法 161

5.2双光束干涉 162

5.2.1分波面双光束干涉 162

5.2.2分振幅双光束干涉&16. 5

5.3多光束干涉 171

5.3.1平行平板的多光束干涉 171

5.3.2多光束干涉条纹的特性 173

5.4光学薄膜 176

5.4.1单层光学薄膜 177

5.4.2多层光学薄膜 179

5.4.3光学薄膜的应用 182

5.4.4高反射率的测量 185

5.4.5周期性介质与光子晶晶体 186

5.5典型的干涉仪及其应用 188

5.55.1迈克耳孙干涉仪 188

5.5.2马赫-曾德尔干涉仪 189

5.5.3法布里-珀罗干干涉仪 190

5.6光的相干性 191

5.6.1光的空间相干性 195

5.6.2光的时间相干性 198

例题 201

习题 203

第6章 光的衍射 208

6.1衍射的基本原理 208

6.1.1光的衍射现象 208

6.1.2惠更斯-菲涅耳原理 209

6.1.3基尔霍夫衍射公式 210

6.1.4衍射的巴比涅原理&22 13

6.2夫琅禾费衍射 214

6.2.1夫琅禾费衍射装置 214

6.2.2矩孔衍射 214

6.2.3单缝衍射 217

6.2.4圆孔衍射 218

6.3光学成像系统的衍射和分辨本领 221

6.3.1在像面观察的夫琅禾费衍射 221

6.3.2成像系统的分辨率 222

6.4夫琅禾费多缝衍射 232

6.4.1强度分布公式 232

6.4.2多缝衍射的特点与图样 2333

6.5衍射光栅 2316

6.5.1光栅的分光性能 237

6.5.2闪耀光栅 220

6.5.3波导光栅 241

6.6菲涅耳衍射 244

6.6.1菲涅耳波带法及圆孔、圆屏菲涅耳衍射 244

6.6.2菲涅耳波带片 247

6.6.3菲涅耳直边衍射&25 1

6.7全息术 255

6.7.1全息术的原理 255

6.7.2全息术的特点&25 6

6.7.3全息术的应用 257

例题 260

习题 262

第7章 光在各向异性介质中的传播 265

7.1介电张量 265

7.1.1各向异性介质的介电张量 265

7.1.2介电张量的对称性 267

7.2单色平面波在晶体中的传播 269

7.2.1相速度和光线速度 269

7.2.2菲涅耳方程 270

7.3单轴晶体和双轴晶体的光学性质 272

7.3.1晶体的光学分类 272

7.3.2光在各向同性介质中的传播 274

7.3.3光在单轴晶体中的传播 277

7.3.4光在双轴晶体中的传播 277

7.4晶体光学性质的图形表示 278

7.4.1折射率椭球 278

7.4.2折射率曲面和波矢曲面 282

7.5平面波在晶体表面的反射和折射 285

7.5.1光在晶体界面上二的双反射和双折射 286

7.5.2光在晶体界面 上 的全反射 286

7.5.3斯涅耳作图法 287

7.6晶体光学器件 289

7.6.1偏振器 289

7.6.2波片 294

7.6.3补偿器 297

7.7偏振光和偏振器件的矩阵表示 298

7.7.1偏振光的矩阵表 298

7.7.2正交偏振 300

7.7.3偏振器件的矩阵表示 301

7.7.4琼斯矩阵的本征矢量 304

7.8偏振光的干涉&30 4

7.8.1平行偏振光的干涉 305

7.8.2会聚光的偏光干涉 307

7.9电光效应 309

7.9.1克尔效应和泡克尔效应 309

7.9.2电光张量 310

7.9.3 KDP晶体的泡克尔效应 311

7.9.4电光效应的应用 315

7.10声光效应 320

7.10.1声光衍射 320

7.10.2拉曼-奈斯声光衍射 321

7.10.3布拉格衍射 322

7.10.4 声光效应的应用&3 23

7.11磁光效应 325

7.11.1自然旋光现象的观察和规律 325

7.11.2旋光现象的解释 327

7.11.3磁致旋光效应 329

例题 335

习题 339

第8章 光的吸收、色散和散射 42

8.1光与物质相互作用的经典理论 342

8.1.1经典理论的基本方程 343

8.1.2介质的复折射率 343

8.2光的吸收 346

8.2.1光吸收定律 346

8.2.2一般吸收与选择吸收 347

8.2.3吸收光谱 349

8.2.4双／多光子吸收与场致吸收 350

8.3光的色散 352

8.3.1正常色散与反常色散 353

8.3.2光孤子 354

8.4光的散射 355

8.4.1线性散射 356

8.4.2非线性散射 363

例题 367

习题 368

第9章 现代光学技术简介 369

9.1航天光学遥感 369

9.1.1航天光学遥感技术的基本概念 369

9.1.2航天光学遥感设备的光学系统 371

9.1.3航天光学遥感的发展 373

9.1.4航天光学遥感的发展趋势 375

9.2自适应光学 377

9.2.1自适应光学的概念 377

9.2.2大气湍流的特征参数、畸变波前的泽尔尼克多项式描述 378

9.2.3自适应光学系统的组成和工作原理 379

9.2.4自适应光学技术应用举例 383

9.2.5自适应光学技术的研究进展 388

9.3红外与微光成像技术 389

9.3.1红外与微光成像的基本概念 389

9.3.2红外热成像技术 389

9.3.3微光成像技术 393

9.3.4我国在光电子成像技术方面的研究 399

9.4光学信息处理技术 400

9.4.1光学信息处理的基本原理 400

9.4.2光学信息处理的应用举例 403

9.4.3空间光调制器 406

9.4.4小结 408

9.5光纤激光器 408

9.5.1光纤激光器的起源、特点和分类 408

9.5.2光纤激光器的结构 408

9.5.3光纤激光器的研究进展 417

9.5.4光纤激光器的应用 426

9.6有机电致发光 429

9.6.1有机电致发光的基本概念和工作原理 429

9.6.2有机电致发光器件的结构、材料及制备工艺 451

9.6.3有机电致发光技术的研究进展与应用&43 6

9.7太阳能光伏电池 438

9.7.1开发太阳能的意义 438

9.7.2太阳能光伏电池的基本原理 439

9.7.3太阳能光伏电池的分类 441

9.7.4太阳能光伏电池的研究进展和发展趋势 443

9.7.5太阳能光伏电池的应用及市场前景 445

习题答案 450

主题索引 456

参考文献 460