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绪论1

第1章 光在各向同性介质中的传输特性3

1.1 光波的特性3

1.1.1 光波与电磁波 麦克斯韦电磁方程3

1.1.2 几种特殊形式的光波7

1.1.3 光波场的时域频率谱14

1.1.4 相速度和群速度17

1.1.5 光波场的空间频率与空间频率谱19

1.1.6 光波的横波性、偏振态及其表示22

1.2 光波在各向同性介质界面上的反射和折射27

1.2.1 反射定律和折射定律27

1.2.2 菲涅耳公式28

1.2.3 反射率和透射率30

1.2.4 反射和折射的相位特性32

1.2.5 反射和折射的偏振特性35

1.2.6 全反射38

1.3 光波在金属表面上的反射和折射41

例题46

习题52

第2章 光的干涉56

2.1 双光束干涉56

2.1.1 产生干涉的基本条件56

2.1.2 双光束干涉59

2.2 平行平板的多光束干涉67

2.3 光学薄膜72

2.4 典型干涉仪及其应用82

2.4.1 迈克尔逊干涉仪82

2.4.2 马赫--泽德干涉仪85

2.4.3 法布里--珀罗干涉仪86

2.4.4 干涉滤光片91

2.4.5 薄膜波导95

2.5 光的相干性99

2.5.1 光的相干性99

2.5.2 相干性的定量描述104

2.5.3 激光的相干性108

2.5.4 干涉的定域性110

例题113

习题117

第3章 光的衍射123

3.1 衍射的基本理论123

3.1.1 光的衍射现象123

3.1.2 惠更斯--菲涅耳原理124

3.1.3 基尔霍夫衍射公式125

3.2 夫朗和费衍射130

3.2.1 夫朗和费衍射装置130

3.2.2 夫朗和费矩形孔和圆孔衍射131

3.2.3 夫朗和费单缝和多缝衍射139

3.2.4 巴俾涅原理(Babinet)145

3.3.1 菲涅耳圆孔衍射--菲涅耳波带法146

3.3 菲涅耳衍射146

3.3.2 菲涅耳直边衍射--振幅矢量加法151

3.4 衍射的应用155

3.4.1 衍射光栅--光谱仪155

3.4.2 波导光栅161

3.4.3 全息光栅164

3.4.4 波带片166

3.4.5 微光学透镜169

3.5 傅里叶光学基础171

3.5.1 薄透镜对衍射的影响171

3.5.2 光学傅里叶变换173

3.5.3 傅里叶变换定理的光学模拟176

3.6 近场光学简介180

例题183

习题187

第4章 光在各向异性介质中的传输特性192

4.1 晶体的光学各向异性192

4.1.1 张量的基础知识192

4.1.2 晶体的介电张量194

4.2 理想单色平面光波在晶体中的传播195

4.2.1 光在晶体中传播的解析法描述195

4.2.2 光在晶体中传播的几何法描述205

4.3 平面光波在晶体界面上的反射和折射217

4.3.1 光在晶体界面上的双反射和双折射217

4.3.2 光在晶体界面上反射和折射方向的几何作图法描述218

4.4.1 偏振器222

4.4 晶体光学元件222

4.4.2 波片和补偿器226

4.5 晶体的偏光干涉230

4.5.1 平行光的偏光干涉230

4.5.2 会聚光的偏光干涉234

例题239

习题243

第5章 晶体的感应双折射245

5.1 电光效应245

5.1.1 电光效应的描述245

5.1.2 晶体的线性电光效应246

5.1.3 晶体的二次电光效应257

5.1.4 晶体电光效应的应用举例259

5.2 声光效应262

5.2.1 弹光效应和弹光系数262

5.2.2 声光衍射264

5.3 法拉第效应268

5.3.1 晶体的旋光效应268

5.3.2 法拉第效应(Faraday)271

例题272

习题274

第6章 光的吸收、色散和散射276

6.1 光与介质相互作用的经典理论276

6.2 光的吸收278

6.2.1 光吸收定律279

6.2.2 吸收光谱280

6.3 光的色散282

6.3.1 色散率283

6.3.2 正常色散与反常色散283

6.4 光的散射286

6.4.1 光的散射现象286

6.4.2 瑞利散射286

6.4.3 米氏散射289

6.4.4 分子散射289

6.4.5 喇曼散射290

例题292

习题293

7.1.1 波面、光线和光束295

第7章 几何光学基础295

7.1 几何光学的基本定律295

7.1.2 几何光学的基本定律296

7.1.3 全反射现象297

7.1.4 费马原理297

7.1.5 物像的基本概念300

7.1.6 单个折射球面的折射301

7.2 单个折射球面近轴区成像305

7.2.1 物像公式305

7.2.2 高斯公式和牛顿公式306

7.2.3 光焦度307

7.2.4 垂直放大率β307

7.2.5 轴向放大率α308

7.2.6 角放大率γ309

7.2.7 拉亥不变量J309

7.3 共轴球面系统309

7.3.1 转面(过滤)公式309

7.3.2 拉亥公式311

7.3.3 放大率公式311

7.4 球面反射镜312

7.5 平面镜、棱镜系统313

7.5.1 平面反射镜313

7.5.2 平面折射316

7.5.3 反射棱镜318

7.5.4 折射棱镜321

7.5.5 光楔322

例题323

习题327

第8章 理想光学系统328

8.1 理想光学系统的基本特性、基点和基面328

8.1.1 理想光学系统的基本特性328

8.1.2 理想光学系统的基点和基面329

8.2 理想光学系统的物像关系330

8.2.1 图解法求像330

8.2.2 解析法求像331

8.3 节点和节平面334

8.4 理想光学系统的组合335

8.4.1 双光组组合335

8.4.2 多光组组合338

8.4.3 光组组合形式讨论340

8.5 透镜341

8.5.1 单个折射球面的基点、基面341

8.5.2 透镜342

8.5.3 薄透镜和薄透镜组345

8.6 光学系统中的光束限制348

8.6.1 光阑及其作用348

8.6.2 孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳348

8.6.3 视场光阑、入射窗和出射窗351

8.6.4 光学系统的景深353

8.6.5 远心光路357

8.7.1 轴上点球差359

8.7 像差概念359

8.7.2 慧差360

8.7.3 像散361

8.7.4 像面弯曲362

8.7.5 畸变363

8.7.6 轴向色差363

8.7.7 倍率色差364

例题364

习题367

第9章 光学仪器的基本原理369

9.1 眼睛369

9.1.1 眼睛的构造369

9.1.2 眼睛的调节和适应370

9.1.3 眼睛的缺陷和校正371

9.1.4 眼睛的分辨率372

9.2 放大镜372

9.2.1 放大镜的放大率372

9.2.2 放大镜的光束限制和视场373

9.3 显微镜374

9.3.1 显微镜的成像原理374

9.3.2 显微镜的分辨率376

9.3.3 显微镜的物镜377

9.3.4 显微镜中的光束限制378

9.4 望远镜379

9.4.1 望远镜的一般特性379

9.4.2 伽利略望远镜和开普勒望远镜381

9.4.3 望远物镜382

9.4.4 内调焦望远系统383

9.4.5 目镜384

9.5 望远系统外形尺寸的计算387

9.6 双反射式望远物镜388

9.6.1 卡塞格伦系统388

9.6.2 格里高利系统388

9.6.3 遮拦比和有效F数389

9.6.4 双反射系统的近轴光学计算389

习题391

习题参考答案392

主要参考书目398