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第1章 光学简史1

1.1 开场白1

1.2 初始时期1

1.3 十七世纪以来3

1.4 十九世纪5

1.5 二十世纪的光学8

第2章 波动12

2.1 一维波12

2.1.1 微分波动方程15

2.2 谐波18

2.2.1 空间频率22

2.3 相位和相速度22

2.4 叠加原理25

2.5 复数表示27

2.6 相矢量和波的相加29

2.7 平面波31

2.8 三维波动微分方程36

2.9 球面波37

2.10 柱面波40

2.11 盘旋的光41

习题42

第3章 电磁理论、光子和光48

3.1 电磁理论的基本定律49

3.1.1 法拉第感应定律49

3.1.2 电场的高斯定律51

3.1.3 磁场的高斯定律53

3.1.4 安培环路定律54

3.1.5 麦克斯韦方程组56

3.2 电磁波59

3.2.1 横波61

3.3 能量和动量63

3.3.1 坡印廷矢量63

3.3.2 辐照度67

3.3.3 光子69

3.3.4 辐射压强和动量76

3.4 辐射79

3.4.1 直线加速运动的电荷79

3.4.2 同步加速器辐射81

3.4.3 电偶极辐射83

3.4.4 原子发的光85

3.5 大块物质中的光87

3.5.1 色散90

3.6 电磁波-光子谱97

3.6.1 射频波97

3.6.2 微波98

3.6.3 红外线99

3.6.4 可见光101

3.6.5 紫外线102

3.6.6 X射线103

3.6.7 γ射线104

3.7 量子场论104

习题106

第4章 光的传播111

4.1 引言111

4.2 瑞利散射111

4.2.1 散射和干涉113

4.2.2 光透射穿过稠密介质115

4.2.3 透射和折射率117

4.3 反射120

4.3.1 反射定律121

4.4 折射124

4.4.1 折射定律125

4.4.2 惠更斯原理132

4.4.3 光线和法线线汇133

4.5 费马原理134

4.6 电磁学研究方法140

4.6.1 界面上的波140

4.6.2 菲涅耳方程142

4.6.3 菲涅耳方程的解释146

4.7 全内反射155

4.7.1 隐失波157

4.8 金属的光学性质162

4.9 光和物质相互作用的一些熟知的方面166

4.10 斯托克斯对反射和折射的处理171

4.11 光子、波和概率173

4.11.1 量子电动力学（QED）174

4.11.2 光子与反射定律和折射定律176

习题177

第5章 几何光学187

5.1 引言187

5.2 透镜188

5.2.1 非球面188

5.2.2 球面上的折射191

5.2.3 薄透镜194

5.3 光阑216

5.3.1 孔径光阑和视场光阑216

5.3.2 入射光瞳和出射光瞳217

5.3.3 相对孔径和f数221

5.4 反射镜222

5.4.1 平面镜222

5.4.2 非球面镜226

5.4.3 球面镜228

5.5 棱镜235

5.5.1 色散棱镜236

5.5.2 反射棱镜238

5.6 光纤光学242

5.6.1 光纤通信技术246

5.7 光学系统255

5.7.1 眼255

5.7.2 眼镜259

5.7.3 放大镜265

5.7.4 目镜267

5.7.5 复显微镜269

5.7.6 照相机272

5.7.7 望远镜275

5.8 波阵面整形284

5.8.1 自适应光学285

5.8.2 相位共轭288

5.9 引力透镜效应290

习题291

第6章 几何光学的进一步讨论303

6.1 厚透镜和透镜组303

6.2 解析法光线追迹308

6.2.1 矩阵方法310

6.3 像差321

6.3.1 单色像差321

6.3.2 色像差338

6.4 GRIN（梯度折射率）系统344

6.5 结束语347

习题348

第7章 波的叠加352

7.1 同频率波的相加352

7.1.1 代数方法353

7.1.2 复数方法357

7.1.3 相矢量相加358

7.1.4 驻波360

7.2 不同频率波的相加365

7.2.1 拍365

7.2.2 群速度368

7.3 非简谐周期波374

7.3.1 傅里叶级数374

7.4 非周期波384

7.4.1 傅里叶积分387

7.4.2 脉冲和波包389

7.4.3 相干长度392

7.4.4 分立傅里叶变换395

习题402

第8章 偏振409

8.1 偏振光的性质409

8.1.1 线偏振409

8.1.2 圆偏振412

8.1.3 椭圆偏振414

8.1.4 自然光417

8.1.5 角动量和光子图像417

8.2 偏振器418

8.2.1 马吕斯定律419

8.3 二向色性421

8.3.1 线栅起偏器421

8.3.2 二向色性晶体421

8.3.3 偏振片422

8.4 双折射425

8.4.1 方解石426

8.4.2 双折射晶体431

8.4.3 双折射偏振器434

8.5 散射和偏振436

8.5.1 散射引起的偏振436

8.6 反射引起偏振438

8.6.1 菲涅耳方程的一个应用440

8.7 推迟器442

8.7.1 波片和斜方体443

8.7.2 补偿器和可变推迟器449

8.8 圆偏振器450

8.9 多色光的偏振451

8.9.1 多色波的带宽和相干时间451

8.9.2 干涉色452

8.10 旋光性453

8.10.1 一个有用的模型456

8.10.2 旋光性的生物物质458

8.11 感生光学效应——光调制器458

8.11.1 光测弹性学458

8.11.2 法拉第效应460

8.11.3 克尔效应和泡克耳斯效应461

8.12 液晶464

8.13 偏振的数学描述467

8.13.1 斯托克斯参量468

8.13.2 琼斯矢量470

8.13.3 琼斯矩阵和密勒矩阵471

习题474

第9章 干涉482

9.1 一般考虑483

9.1.1 近场/远场487

9.2 发生干涉的条件488

9.2.1 时间相干和空间相干488

9.2.2 菲涅耳-阿拉果定律490

9.3 分波阵面干涉仪491

9.3.1 杨氏实验491

9.4 分振幅干涉仪504

9.4.1 介电膜——双束干涉504

9.4.2 装有反射镜的干涉仪515

9.5 干涉条纹的类型和位置523

9.6 多光束干涉524

9.6.1 法布里-珀罗干涉仪529

9.7 单层膜和多层膜的应用534

9.7.1 数学处理方法535

9.7.2 抗反射敷层（增透膜）537

9.7.3 多层周期系统539

9.8 干涉量度学的应用540

9.8.1 散射光干涉541

9.8.2 特外曼-格林干涉仪543

9.8.3 转动萨尼亚克干涉仪543

9.8.4 雷达干涉测量术545

习题547

第10章 衍射553

10.1 引言553

10.1.1 不透明障碍物556

10.1.2 夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射557

10.1.3 几个相干振子559

10.2 夫琅禾费衍射562

10.2.1 单缝562

10.2.2 双缝571

10.2.3 多缝衍射575

10.2.4 矩形孔583

10.2.5 圆孔588

10.2.6 成像系统的分辨率593

10.2.7 零阶贝塞尔光束596

10.2.8 衍射光栅597

10.3 菲涅耳衍射607

10.3.1 球面波的自由传播607

10.3.2 振动曲线612

10.3.3 圆孔613

10.3.4 圆形障碍物619

10.3.5 菲涅耳波带片621

10.3.6 菲涅耳积分和矩形孔624

10.3.7 考纽螺线628

10.3.8 单狭缝的菲涅耳衍射631

10.3.9 半无穷不透明屏634

10.3.10 狭长障碍物的衍射635

10.3.11 巴俾涅原理637

10.4 基尔霍夫标量衍射理论639

10.5 边界衍射波642

习题643

第11章 傅里叶光学650

11.1 引言650

11.2 傅里叶变换650

11.2.1 一维变换650

11.2.2 二维变换654

11.2.3 狄拉克δ函数657

11.3 光学应用663

11.3.1 二维像663

11.3.2 线性系统668

11.3.3 卷积积分671

11.3.4 衍射理论中的傅里叶方法682

11.3.5 频谱和相关687

11.3.6 传递函数697

习题703

第12章 相干性理论初步709

12.1 引言709

12.2 条纹和相干性711

12.2.1 衍射和消失的条纹715

12.3 可见度716

12.4 互相干函数和相干度723

12.4.1 时间相干性和空间相干性725

12.5 相干性和测星干涉测量术728

12.5.1 迈克耳孙测星干涉仪728

12.5.2 关联干涉测量术730

习题734

第13章 现代光学：激光器和其他课题738

13.1 激光器和激光738

13.1.1 辐射能与物质的平衡738

13.1.2 受激发射743

13.1.3 激光器747

13.1.4 神奇的光764

13.2 成像——光学信息的空间分布769

13.2.1 空间频率769

13.2.2 阿贝成像理论772

13.2.3 空间滤波773

13.2.4 相衬法779

13.2.5 暗场法和纹影法783

13.3 全息术785

13.3.1 各种方法785

13.3.2 进展和应用795

13.4 非线性光学800

13.4.1 光学整流801

13.4.2 二次谐波产生802

13.4.3 混频804

13.4.4 光的自聚焦805

习题805

附录A 电磁学理论811

附录B 基尔霍夫衍射理论815

部分习题的解答817