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第1章 光的电磁理论基础4

1.1 电磁场的基本方程4

1.1.1 麦克斯韦方程组4

1.1.2 电磁场的物质方程5

1.1.3 电磁场的边值关系7

1.1.4 洛伦兹力8

1.2 无源空间中的电磁波动方程8

1.2.1 空间为真空8

1.2.2 空间为无色散的均匀各向同性介质9

1.2.3 空间为有色散的均匀各向同性介质9

1.2.4 空间为无色散的非均匀各向同性介质10

1.3 有源空间的是电磁波动方程11

1.3.1 电磁场的矢势与标势11

1.3.2 洛伦兹规范与库伦规范11

1.3.3 达朗贝尔方程12

1.4 电磁场的能量和能流12

第2章 无限大均匀各向同性介质中的光波场15

2.1 平面波15

2.1.1 单色平面波的波函数15

2.1.2 单色平面波的等相面与相速度16

2.1.3 单色平面波场矢量k、E、B之间的关系16

2.1.4 平面波的能量密度与能流密度17

2.1.5 单色平面波的空间频率18

2.2 球面波与柱面波19

2.2.1 球面波19

2.2.2 柱面波21

2.2.3 高斯球面波21

2.3 光波场的色散22

2.3.1 洛伦兹色散模型23

2.3.2 亥姆霍兹色散方程26

2.3.4 柯西公式27

2.3.5 群速度与相速度27

2.3.3 塞尔迈耶公式27

2.4 光波场的偏振态与琼斯矢量28

2.4.1 单色平面波的偏振态28

2.4.2 偏振态的琼斯矢量表示32

第3章 平面光波的反射和折射35

3.1 平面光波在两种电介质分界面的反射和折射35

3.1.1 反射和折射定律35

3.1.2 菲涅耳公式36

3.1.3 反射光波与透射光波的偏振态38

3.1.4 布儒斯特定律38

3.1.5 相位突变与半波损失39

3.1.6 强度反射（透射）率与能流反射（透射）率40

3.2 全反射与倏逝波41

3.2.1 全反射41

3.2.2 倏逝波42

3.2.3 光子隧道效应44

3.3 古斯——汉森位移44

3.4 光波在分层介质上的反射和折射48

3.4.1 单层膜的特征矩阵48

3.4.2 多层膜的特征矩阵50

3.4.3 膜系反射率51

3.5.2 金属内的透射波52

3.5.1 良导体条件52

3.5 光波在金属表面上的反射和透射52

3.5.3 金属表面的反射55

第4章 波导中的光波58

4.1 金属波导58

4.1.1 理想导体的边界条件58

4.1.2 矩形波民中的电磁波58

4.1.3 截止频率及TE10波的场分布60

4.2 薄膜波导61

4.2.1 薄膜波导的传输条件62

4.2.2 薄膜波导中的场分布65

4.2.3 薄膜波导的有效厚度和能量流67

4.3 梯度折射率波导69

4.2.4 薄膜波导的光耦合69

4.3.1 非均匀介质中的光线方程70

4.3.2 平方律介质中的光线径迹71

4.3.3 梯度折射率波导中的电磁场方程及其解72

4.4 光纤76

4.4.1 光纤波导的结构特征76

4.4.2 阶跃型光纤波导中的电磁场方程77

4.4.3 阶跃型光纤波导的特征方程78

4.4.4 阶跃型光纤波导的截止模与基模81

5.1.1 晶体的各向异性83

5.1.2 晶体的介电张量83

第5章 各向异性介质中的光波83

5.1 晶体的各向异性及介电张量83

5.1.3 晶体的主折射率85

5.2 单色平面波在各向异性晶体中的传播85

5.2.1 光波与光线85

5.2.2 菲涅耳方程及其解的意义87

5.2.3 单轴晶体的双折射88

5.2.4 单轴晶体中寻常与非常光的振动方向89

5.3.1 折射率椭球92

5.3 晶体光学性质的几何图形表示92

5.3.2 波矢面95

5.3.3 法线面99

5.3.4 光线面102

5.4 光波在各向异性晶体表面上的反射和折射106

5.4.1 波法线方向的确定——斯耐尔作图法106

5.4.2 光线方向的确定——惠更斯作图法108

5.4.3 双轴晶体的圆锥折射110

5.5 晶体的线性电光效应112

5.5.1 外场作用下晶体折射率椭球的变化112

5.5.2 线性电光效应113

5.5.3 42m类晶体的线性电光效应114

5.5.4 3m类晶体的线性电光效应117

第6章 光波叠加与相干性120

6.1 干涉理论基础120

6.1.1 单色平面光波的叠加120

6.1.2 复杂光波的分解122

6.1.3 干涉条纹的反衬度与相干条件分析123

6.1.4 干涉条纹的定域125

6.2 部分相干理论基础126

6.2.1 非单色扩展光源照明下的杨氏干涉实验126

6.2.2 互相干函数与复相干度127

6.2.3 时间相干度128

6.2.4 空间相干度131

6.3 范西泰特-策尼克定理132

6.3.1 傍轴条件下准单色光场的互强度与空间相干度133

6.3.2 范西泰特-策尼克定理134

6.3.3 准单色线扩展光场的空间相干度计算135

6.4 傅里叶变换光谱仪与干涉成像光谱仪原理137

6.4.1 傅里叶变换光谱学原理137

6.4.2 傅里叶变换光谱仪139

6.4.3 基于傅里叶变换光谱学原理的干涉光谱成橡技术141

第7章 光波衍射与成像143

7.1 标量衍射理论143

7.1.1 衍射民间的透射系数143

7.1.2 衍射的球面波理论 /惠更斯原理145

7.1.3 衍射的平面波理论/角谱理论148

7.2 衍射现象的傅里叶分析方法150

7.2.1 夫琅禾费衍射150

7.2.2 菲涅耳衍射153

7.2.3 塔耳博特效应153

7.2.4 劳效应155

7.3.1 透镜的透射系数156

7.3 透镜的变换特性与成像特性156

7.3.2 透镜的成像性质158

7.3.3 透镜的傅里叶变换性质159

7.3.4 透镜孔径的衍射与滤波特性161

7.3.5 高斯光波经透镜的变换162

7.4 成像系统的普遍模型164

7.4.1 光瞳图与系统的概念164

7.4.2 点脉冲响应与点扩散函数165

7.4.3 线性和空间不变性166

7.5.1 相干传递函数167

7.5 相干成像系统的分析及相干传递函数167

7.4.4 扩展物体的成像167

7.5.2 衍射受限系统的CTF169

7.6 非相干成像系统的分析及光学传递函数171

7.6.1 光学传递函数171

7.6.2 OTF和CTF的关系173

7.6.3 衍射受限系统的OTF及截止频率174

第8章 光线光学基础177

8.1 光波场的0波长极限177

8.1.1 程函方程177

8.1.2 光线方程178

8.2 光学 拉格朗日方程179

8.3 光学哈密顿方程180

8.4 从几何光学到波动光学184

第9章 光波场的统计特性186

9.1 热光与激光186

9.2 热光的一阶统计187

9.2.1 偏振热光188

9.2.2 非偏振热光（自然光）189

9.2.3 部分偏振热光190

9.3 激光的一阶统计192

9.3.1 单模激光192

9.3.2 多模激光194

9.3.3 激光又红又专运动漫射体所产生的赝热光195

9.4 激光散斑的统计牧场生及其应用195

9.4.1 激光散斑效应195

9.4.2 激光散斑的一阶统计特性197

9.4.3 激光散斑效应的应用197

习题204

附录215

附录A 场论的基本公式215

附录B 傅里叶变换的基本性质217

附录C 常用傅里变换对220

参考文献221