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引言1

第1章 光的波动模型9

1.1光波场9

1.1.1光是交变电磁场9

1.1.2光波场的周期性10

1.1.3定态光波12

1.1.4光是矢量波13

1.1.5光强14

1.1.6光的传播15

1.2定态光波的数学表示17

1.2.1矢量表示与标量表示17

1.2.2定态光波的描述18

1.2.3定态光波按波面分类18

1.2.4光波的复振幅描述23

1.2.5有关光波的几个概念24

1.3光程与相位25

1.3.1光程25

1.3.2相位的超前与滞后28

1.4傍轴条件与远场条件30

1.4.1轴上物点的傍轴条件和远场条件30

1.4.2轴外物点的近轴条件和远场条件31

第2章 光的叠加原理33

2.1光波的叠加原理及其成立的条件33

2.1.1光波的独立传播定律33

2.1.2光波的叠加原理33

2.2光波的叠加方法34

2.2.1代数法（瞬时值法）34

2.2.2复数法34

2.2.3振幅矢量法35

2.3光波的叠加强度35

2.3.1光波叠加的特点35

2.3.2光波的叠加强度的计算36

2.3.3光波的相干叠加与非相干叠加36

2.3.4振动方向相互垂直的光波的叠加38

2.3.5两列不同频率单色光波的叠加38

2.3.6光的相干条件39

2.4波包与群速度40

2.5光速的测量43

第3章 光的偏振46

3.1光的偏振特性46

3.1.1横波的偏振性46

3.1.2起偏与检偏48

3.2光的偏振态48

3.2.1普通光源的发光机制48

3.2.2自然光50

3.2.3平面偏振光（线偏振光）51

3.2.4部分偏振光53

3.2.5圆偏振光53

3.2.6椭圆偏振光55

3.3菲涅耳公式59

3.3.1光矢量的分解60

3.3.2菲涅耳公式的表述60

3.3.3反射率与透射率61

3.3.4相位关系63

3.4反射折射所引起的偏振态的改变64

3.4.1偏振态的改变64

3.4.2垂直入射65

3.4.3布儒斯特定律66

3.4.4玻璃片堆和布儒斯特窗67

3.5斯托克斯倒逆关系69

第4章 光的相干叠加70

4.1杨氏干涉与相干光的获得70

4.1.1托马斯·杨70

4.1.2普通光源的相位72

4.1.3相干光的获得72

4.1.4杨氏干涉72

4.1.5干涉的特点73

4.2两列相干光的干涉花样73

4.2.1两个点光源的干涉73

4.2.2两个线光源的干涉（双缝干涉）76

4.2.3干涉条纹的可见度（反衬度）76

4.2.4两列平行光的干涉77

4.3惠更斯-菲涅耳原理78

4.3.1次波模型78

4.3.2次波的相干叠加——惠更斯-菲涅耳原理80

4.4菲涅耳衍射（圆孔、圆屏）85

4.4.1衍射现象85

4.4.2用半波带法分析菲涅耳圆孔衍射86

4.5夫琅禾费单缝和矩孔衍射93

4.5.1夫琅禾费衍射装置93

4.5.2单缝衍射强度分布95

4.5.3单缝衍射花样的特点98

4.5.4单缝衍射的应用100

4.5.5夫琅禾费矩孔衍射101

4.6夫琅禾费圆孔衍射102

4.6.1衍射强度102

4.6.2衍射花样的特点103

4.6.3望远镜的分辨本领104

4.6.4几何光学是衍射光学的大尺度近似105

第5章 光的干涉装置与光波场的相干性106

5.1光的干涉装置概述106

5.2分波前的干涉装置107

5.2.1菲涅耳双面镜107

5.2.2劳埃德镜108

5.2.3菲涅耳双棱镜109

5.3半波损失110

5.4薄膜干涉111

5.4.1等倾干涉112

5.4.2等厚干涉116

5.5分振幅的干涉装置119

5.5.1迈克耳孙干涉仪119

5.5.2马赫-曾德尔干涉仪124

5.5.3干涉滤波片125

5.5.4牛顿环126

5.6多光束干涉——法布里-珀罗干涉仪128

5.6.1干涉装置128

5.6.2光强分布128

5.6.3光波场特性130

5.7光的空间相干性与时间相干性概论134

5.7.1光波场的空间相干性135

5.7.2光场的时间相干性141

第6章 衍射光栅144

6.1多缝夫琅禾费衍射144

6.1.1衍射强度145

6.1.2双缝衍射150

6.1.3衍射花样的特点151

6.1.4干涉与衍射的区别和联系152

6.1.5光栅方程153

6.2光栅光谱154

6.2.1谱线的角宽度和光栅的色分辨本领154

6.2.2光栅的色散与自由光谱范围156

6.3闪耀光栅157

6.3.1问题的提出与解决方案157

6.3.2闪耀光栅的原理157

6.3.3两种常用的照明方式158

6.4单色仪与光谱仪159

6.5正弦光栅160

6.6 X射线在晶体中的衍射162

6.6.1晶格点阵162

6.6.2 X射线在晶体中的相干叠加163

6.6.3晶体X射线衍射的实验方法164

第7章 傅里叶变换光学与全息照相166

7.1衍射系统的傅里叶变换166

7.1.1衍射系统的屏函数166

7.1.2接收场167

7.1.3衍射系统的傅里叶变换方法167

7.1.4波前相因子分析法169

7.2透镜和棱镜的屏函数169

7.2.1透镜的相位变换函数169

7.2.2棱镜的相位变换函数171

7.3夫琅禾费光栅衍射的傅里叶频谱分析171

7.3.1屏函数的傅里叶变换171

7.3.2周期性屏函数的傅里叶变换174

7.3.3非周期性的屏函数的傅里叶变换176

7.4阿贝成像原理177

7.4.1阿贝成像原理的数学推导177

7.4.2阿贝成像原理的实验验证179

7.4.3图像处理181

7.4.4相衬显微镜182

7.5全息照相183

7.5.1全息照相的基本原理183

7.5.2全息照相的装置185

第8章 光在晶体中的双折射187

8.1光在晶体中的传播187

8.1.1晶体的光学特征187

8.1.2双折射现象与双折射晶体187

8.2单轴晶体中光的波面190

8.2.1o光和e光的波面190

8.2.2单轴晶体的惠更斯作图法191

8.2.3几种特例192

8.3晶体光学器件193

8.3.1偏振棱镜193

8.3.2波晶片195

8.3.3相位补偿器196

8.4波片与光的偏振态198

8.4.1光在波晶片中的传播引起的相位差198

8.4.2经过波片后光的偏振态的改变199

8.5偏振光的干涉202

8.5.1平行光的干涉装置202

8.5.2实验现象及分析203

8.6电光效应205

8.6.1克尔效应（二级电光效应）205

8.6.2泡克耳斯效应（一级电光效应）206

8.6.3电光效应的应用207

8.7旋光208

8.7.1自然旋光208

8.7.2磁致旋光211

8.7.3磁致旋光的应用211

8.8偏振态的矩阵表示212

8.8.1琼斯矢量213

8.8.2正交偏振215

8.8.3琼斯矩阵216

第9章 光波与物质的相互作用220

9.1光的吸收220

9.1.1吸收的实验规律（线性吸收）220

9.1.2吸收系数与波长的关系221

9.1.3吸收光谱221

9.2光的色散222

9.3吸收和色散的经典理论224

9.3.1经典的电偶极子模型224

9.3.2单一本征频率225

9.3.3多个本征频率226

9.4光的散射226

9.4.1散射现象226

9.4.2散射定律227

9.5强光在介质中的非线性电极化效应228

第10章 几何光学的近轴理论231

10.1衍射的零级近似231

10.2几何光学的基本概念232

10.2.1几何光学是关于成像的理论232

10.2.2几何光学的实验定律233

10.3反射与折射的应用236

10.3.1光在平面上的反射236

10.3.2光在平面上的折射237

10.4变折射率光学240

10.5近轴光在单球面上的成像243

10.5.1物与像的虚实性243

10.5.2近轴光在单球面上的折射244

10.6薄透镜成像250

10.6.1薄透镜250

10.6.2薄透镜成像公式250

10.6.3薄透镜成像的作图法254

10.7理想共轴球面系统的成像256

10.7.1共轴球面系统的基点和基面257

10.7.2共轴球面系统的物像关系258

10.7.3基点和基平面的确定259

10.7.4光具组的阿贝正弦条件与齐明点261

10.8光线转换矩阵263

10.8.1光线状态的矩阵表示263

10.8.2成像矩阵的计算265

10.9几何光学仪器266

10.9.1人眼266

10.9.2放大镜267

10.9.3目镜与物镜268

10.9.4显微镜269

10.9.5望远镜270

10.9.6照相机272

第11章 光的量子性276

11.1辐射场276

11.1.1辐射场的物理参数276

11.1.2热辐射276

11.2黑体辐射的实验规律277

11.2.1斯特藩-玻耳兹曼定律278

11.2.2维恩位移定律278

11.2.3瑞利-金斯定律278

11.3光量子假说280

11.3.1普朗克对黑体辐射的解释280

11.3.2爱因斯坦光量子与光的波粒二象性282

11.3.3康普顿效应282

11.3.4德布罗意波284

习题与答案285

中英人名对照317

名词索引319

教学进度和作业布置324