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绪论 1

第1章 光的电磁理论 4

1.1 电磁波谱及电磁场基本方程 4

1.1.1 电磁波谱 4

1.1.2 电磁场基本方程 5

1.2 光波在各向同性介质中的传播 8

1.2.1 波动方程 8

1.2.2 平面波的特性及参量 9

1.2.3 球面波和柱面波 12

1.3 光波在介质界面上的反射和折射 14

1.3.1 反射定律、折射定律 14

1.3.2 菲涅耳公式 15

1.3.3 反射率和透射率 18

1.3.4 全反射与全反射临界角 19

1.4 光波场的频率谱 22

1.4.1 光波场的时间频率谱 22

1.4.2 光波场的空间频率谱 26

1.4.3 光波场的频率谱 28

例题 28

习题 30

第2章 光的干涉 32

2.1 光干涉的条件 32

2.1.1 光的干涉现象 32

2.1.2 产生光干涉的条件 33

2.1.3 从普通光源获得相干光的方法 34

2.2 双光束干涉 35

2.2.1 分波面双光束干涉 35

2.2.2 分振幅双光束干涉 38

2.3 多光束干涉 43

2.3.1 平行平板的多光束干涉 43

2.3.2 多光束干涉条纹的特性 45

2.4 光学薄膜 48

2.4.1 单层光学薄膜 48

2.4.2 多层光学薄膜 50

2.5 典型的干涉仪及其应用 53

2.5.1 迈克耳逊干涉仪 53

2.5.2 马赫泽德干涉仪 54

2.5.3 法布里-珀罗干涉仪 55

2.6 光的相干性 57

2.6.1 光的空间相干性 57

2.6.2 光的时间相干性 60

例题 62

习题 66

第3章 光的衍射 71

3.1 光的衍射现象 71

3.2 惠更斯-菲涅耳原理 71

3.2.1 惠更斯原理 71

3.2.2 惠更斯-菲涅耳原理分析 72

3.2.3 基尔霍夫衍射公式 73

3.2.4 巴比涅原理 75

3.2.5 衍射系统的讨论 75

3.3 典型孔径的夫琅禾费衍射 76

3.3.1 衍射系统及透镜对衍射系统的作用 76

3.3.2 矩孔衍射 77

3.3.3 夫琅禾费单缝衍射 80

3.3.4 夫琅禾费圆孔衍射 81

3.3.5 傅里叶变换相移定理 83

3.4 光学成像系统的衍射和分辨率 83

3.4.1 像平面的夫琅禾费衍射 83

3.4.2 成像系统的分辨率 84

3.5 夫琅禾费多缝衍射 86

3.5.1 夫琅禾费双缝衍射 86

3.5.2 夫琅禾费多缝衍射 87

3.6 衍射光栅 91

3.6.1 光栅的分光性能 91

3.6.2 平面定向光栅（闪耀光栅） 93

3.7 菲涅耳衍射 94

3.7.1 菲涅耳半波带 94

3.7.2 菲涅耳衍射 95

3.7.3 夫琅禾费单缝衍射的半波带法 99

3.7.4 直线传播、衍射及干涉的关系 100

3.8 全息照相 101

例题 103

习题 105

第4章 光的偏振和晶体光学基础 108

4.1 光波的偏振特性 108

4.1.1 光波的偏振态 108

4.1.2 完全偏振光的三种形式 110

4.1.3 反射光和折射光的偏振态 112

4.2 光通过单轴晶体时的双折射现象 114

4.3 光在晶体中的波面 116

4.4 光在晶体中的传播方向 117

4.4.1 单轴晶体的主折射率 117

4.4.2 单轴晶体内o光与e光的传播 117

4.5 偏振元件 120

4.5.1 二向色性与偏振片 120

4.5.2 偏振元件介绍 120

4.5.3 波片（相位延迟器） 124

4.5.4 补偿器 126

4.6 偏振的矩阵表示 127

4.6.1 偏振光的矩阵表示 127

4.6.2 正交偏振 129

4.6.3 偏振元件的矩阵表示 130

4.7 偏振态的获得及实验检验 133

4.7.1 偏振态的获得 133

4.7.2 5种偏振态的检验 136

4.8 偏振光的干涉 137

4.8.1 偏振光干涉原理 137

4.8.2 会聚偏振光的干涉 139

4.8.3 椭偏仪的基本原理 141

4.9 光弹效应和电光效应 144

4.9.1 光弹效应 144

4.9.2 电光效应 146

4.10 声光效应 151

4.11 旋光现象 153

4.11.1 旋光现象及其物理解释 153

4.11.2 磁致旋光 155

4.11.3 量糖术 155

例题 156

习题 158

第5章 光的吸收、散射和色散 161

5.1 光与物质相互作用的经典理论 161

5.2 光的吸收 163

5.2.1 光的吸收规律 163

5.2.2 吸收光谱 164

5.3 光的散射 165

5.3.1 散射的特点 165

5.3.2 瑞利散射 166

5.3.3 散射光的偏振状态 166

5.3.4 散射光的强度 167

5.3.5 分子散射 168

5.3.6 喇曼散射 168

5.4 光的色散 169

5.4.1 色散的特点 169

5.4.2 正常色散 170

5.4.3 反常色散 171

例题 172

习题 173

第6章 光的量子性 174

6.1 热辐射与基尔霍夫定律 174

6.2 黑体辐射 175

6.2.1 黑体与斯忒藩-玻尔兹曼定律 175

6.2.2 维恩位移定律 176

6.2.3 维恩公式和瑞利-金斯公式 177

6.3 普朗克公式和能量子假设 177

6.4 光电效应 179

6.4.1 光电效应及其实验规律 179

6.4.2 光电效应同波动理论的矛盾 179

6.5 光电效应的量子解释 179

6.5.1 爱因斯坦的光子假设及其光电方程 179

6.5.2 对光电效应的量子解释 180

6.5.3 光子的质量和动量 180

6.6 康普顿效应 181

6.7 德布罗意波 183

6.8 波粒二象性 184

例题 185

习题 186

第7章 现代光学基础 189

7.1 原子发光的机理 189

7.1.1 玻尔氢原子模型 189

7.1.2 能级图 190

7.1.3 原子发光机理 190

7.2 光与原子相互作用 190

7.2.1 吸收 191

7.2.2 自发辐射 191

7.2.3 受激辐射 191

7.2.4 吸收、自发辐射和受激辐射三系数之间的关系 192

7.3 粒子数反转 192

7.3.1 受激辐射与吸收 192

7.3.2 能实现粒子数反转的物质 193

7.4 光振荡 195

7.4.1 受激辐射与自发辐射 195

7.4.2 光学谐振腔 195

7.4.3 稳定谐振腔结构 196

7.4.4 光振荡的阈值条件 197

7.5 激光的单色性 198

7.5.1 谱线宽度 198

7.5.2 谐振腔的共振频率 199

7.5.3 激光的单色性 199

7.6 激光的相干性 200

7.6.1 谐振腔光波衍射的影响 200

7.6.2 激光的相干性 201

7.7 傅里叶光学简介 202

7.8 非线性光学基础 204

7.8.1 非线性光学现象 204

7.8.2 激光倍频技术 205

7.8.3 激光自聚焦 205

例题 206

习题 207

习题答案 209

参考文献 214