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绪论1

第1章 光的电磁理论3

1.1 光的电磁波性质3

1.2 平面电磁波7

1.2.1 波动方程的平面波解7

1.2.2 平面简谐波8

1.2.3 一般坐标系下的波函数9

1.2.4 复数形式的波函数9

1.2.5 平面简谐波的复振幅10

1.2.6 平面电磁波的性质11

1.3 球面波和柱面波12

1.3.1 球面波的波函数12

1.3.2 球面波的复振幅13

1.3.3 柱面波的波函数14

1.4 光源和光的辐射15

1.4.1 光源15

1.4.2 光辐射的经典模型16

1.4.3 辐射能17

1.4.4 对实际光波的认识19

1.5 电磁场的边值关系19

1.6 光在两介质分界面上的反射和折射21

1.6.1 反射定律和折射定律21

1.6.2 菲涅耳公式22

1.6.3 菲涅耳公式的讨论24

1.6.4 反射率和透射率26

1.6.5 反射和折射产生的偏振27

1.7 全反射29

1.7.1 反射系数和位相变化29

1.7.2 隐失波31

1.7.3 隐失波应用举例32

1.8 光波在金属表面的透射和反射34

1.8.1 金属中的透射波34

1.8.2 金属表面的反射36

1.9 光的吸收、色散和散射38

1.9.1 光的吸收38

1.9.2 光的色散40

1.9.3 光的散射43

习题45

第2章 光波的叠加与分析48

2.1 两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加48

2.1.1 代数加法48

2.1.2 复数方法50

2.1.3 相幅矢量加法51

2.2 驻波52

2.2.1 驻波的形成52

2.2.2 驻波实验53

2.3 两个频率相同、振动方向互相垂直的光波的叠加54

2.3.1 椭圆偏振光54

2.3.2 几种特殊情况55

2.3.3 左旋和右旋56

2.3.4 椭圆偏振光的强度57

2.3.5 利用全反射产生椭圆和圆偏振光57

2.4 不同频率的两个单色光波的叠加59

2.4.1 光拍59

2.4.2 群速度和相速度60

2.5 光波的分析63

2.5.1 周期性波的分析63

2.5.2 非周期性波的分析65

习题68

第3章 光的干涉和干涉仪71

3.1 实际光波的干涉及实现方法71

3.1.1 相干条件71

3.1.2 光波分离方法73

3.2 杨氏干涉实验74

3.2.1 干涉图样的计算74

3.2.2 等光程差面与干涉条纹形状76

3.3 分波前干涉的其他实验装置78

3.4 条纹的对比度81

3.4.1 光源大小的影响82

3.4.2 光源非单色性的影响86

3.4.3 两相干光波振幅比的影响89

3.5 相干性理论91

3.5.1 互相干函数和复相干度91

3.5.2 时间相干度92

3.5.3 空间相干度94

3.6 平行平板产生的干涉94

3.6.1 条纹的定域95

3.6.2 等倾条纹96

3.6.3 圆形等倾条纹97

3.6.4 透射光条纹99

3.7 楔形平板产生的干涉101

3.7.1 定域面的位置及定域深度101

3.7.2 楔形平板产生的等厚条纹102

3.7.3 等厚条纹的应用105

3.8 用牛顿环测量透镜的曲率半径107

3.8.1 测量原理及精确度107

3.8.2 检验光学零件表面质量108

3.9 平面干涉仪109

3.10 迈克耳孙干涉仪110

3.11 泰曼干涉仪和傅里叶变换光谱仪112

3.11.1 泰曼干涉仪112

3.11.2 傅里叶变换光谱仪114

3.12 马赫-泽德干涉仪115

习题117

第4章 多光束干涉与光学薄膜120

4.1 平行平板的多光束干涉120

4.1.1 干涉场的强度公式120

4.1.2 多光束干涉图样的特点122

4.1.3 干涉条纹的锐度123

4.2 法布里-珀罗干涉仪和陆末-盖尔克板124

4.2.1 法布里-珀罗干涉仪124

4.2.2 F-P干涉仪的应用126

4.2.3 陆末-盖尔克板129

4.3 多光束干涉原理在薄膜理论中的应用131

4.3.1 单层膜131

4.3.2 双层膜和多层膜135

4.3.3 干涉滤光片138

4.4 薄膜系统光学特性的矩阵计算方法142

4.4.1 薄膜的特征矩阵142

4.4.2 膜系反射率的计算144

4.5 薄膜波导146

4.5.1 薄膜波导的传播模式146

4.5.2 薄膜波导中的场分布149

4.5.3 薄膜波导的光耦合150

习题152

第5章 光的衍射154

5.1 惠更斯-菲涅耳原理154

5.2 基尔霍夫衍射理论156

5.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理156

5.2.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式158

5.2.3 巴俾涅原理160

5.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射160

5.3.1 两类衍射现象的特点160

5.3.2 两类衍射的近似计算公式161

5.4 矩孔和单缝的夫琅禾费衍射163

5.4.1 夫琅禾费衍射装置163

5.4.2 夫琅禾费衍射公式的意义164

5.4.3 矩孔衍射166

5.4.4 单缝衍射168

5.5 圆孔的夫琅禾费衍射170

5.5.1 强度公式171

5.5.2 衍射图样分析172

5.6 光学成像系统的衍射和分辨本领173

5.6.1 成像系统的衍射现象173

5.6.2 在像面观察的夫琅禾费衍射173

5.6.3 成像系统的分辨本领175

5.6.4 棱镜光谱仪的色分辨本领177

5.7 双缝夫琅禾费衍射180

5.7.1 双缝衍射强度分布180

5.7.2 瑞利干涉仪183

5.8 多缝夫琅禾费衍射184

5.8.1 强度分布公式184

5.8.2 多缝衍射图样185

5.9 衍射光栅189

5.9.1 光栅的分光性能189

5.9.2 闪耀光栅192

5.9.3 迈克耳孙阶梯光栅193

5.9.4 凹面光栅194

5.9.5 正弦（振幅）光栅194

5.9.6 三维光栅196

5.10 圆孔和圆屏的菲涅耳衍射198

5.10.1 菲涅耳衍射198

5.10.2 菲涅耳波带法199

5.10.3 圆孔衍射图样201

5.10.4 圆屏的菲涅耳衍射202

5.10.5 菲涅耳波带片203

5.1 1直边的菲涅耳衍射207

5.11.1 菲涅耳积分及其图解207

5.11.2 半平面屏的菲涅耳衍射210

5.11.3 单缝菲涅耳衍射211

5.11.4 矩孔菲涅耳衍射213

5.1 2全息照相213

5.12.1 什么是全息照相213

5.12.2 全息照相原理215

5.12.3 全息照相的特点和要求218

5.12.4 全息照相应用举例219

习题222

第6章 傅里叶光学226

6.1 平面波的复振幅及空间频率226

6.1.1 平面波沿传播方向的复振幅分布226

6.1.2 平面波在一个平面上的复振幅分布227

6.2 单色波场中复杂的复振幅分布及其分解230

6.2.1 单色波场中复杂的复振幅分布230

6.2.2 透镜的透射系数232

6.2.3 复杂复振幅分布的分解234

6.3 衍射现象的傅里叶分析方法235

6.3.1 夫琅禾费近似下衍射场与孔径场的变换关系235

6.3.2 夫琅禾费衍射的计算实例236

6.3.3 菲涅耳衍射的傅里叶变换表达式239

6.4 透镜的傅里叶变换性质和成像性质242

6.4.1 傅里叶变换性质242

6.4.2 透镜的成像性质244

6.5 相干成像系统分析及相干传递函数248

6.5.1 成像系统的普遍模型249

6.5.2 成像系统的线性和空间不变性249

6.5.3 扩展物体的成像250

6.5.4 相干传递函数（CTF）251

6.6 非相干成像系统分析及光学传递函数254

6.6.1 非相干系统的成像254

6.6.2 光学传递函数（OTF）255

6.6.3 OTF与CTF的关系257

6.6.4 衍射受限系统的OTF257

6.6.5 有像差系统的传递函数260

6.7 阿贝成像理论和阿贝-波特实验262

6.7.1 阿贝成像理论262

6.7.2 阿贝-波特实验264

6.8 相干光学信息处理265

6.8.1 相干光学处理系统266

6.8.2 处理举例267

6.9 非相干光学信息处理275

习题276

第7章 光的偏振与晶体光学基础280

7.1 偏振光和自然光280

7.1.1 偏振光和自然光的特点280

7.1.2 从自然光获得线偏振光的方法281

7.1.3 马吕斯定律和消光比283

7.2 晶体的双折射285

7.3 双折射的电磁理论287

7.3.1 晶体的各向异性及介电张量287

7.3.2 单色平面波在晶体中的传播288

7.4 晶体光学性质的图形表示292

7.4.1 折射率椭球292

7.4.2 波矢面294

7.4.3 法线面296

7.4.4 光线面297

7.5 光波在晶体表面的反射和折射301

7.5.1 波法线方向的确定301

7.5.2 直接得到光线方向的惠更斯作图法303

7.5.3 双反射现象306

7.6 晶体光学器件306

7.6.1 偏振棱镜306

7.6.2 波片308

7.6.3 补偿器309

7.7 偏振光和偏振器件的矩阵表示312

7.7.1 偏振光的矩阵表示312

7.7.2 正交偏振313

7.7.3 偏振器件的矩阵表示314

7.7.4 琼斯矩阵的本征矢量317

7.8 偏振光的干涉318

7.8.1 偏振光干涉原理318

7.8.2 会聚偏振光的干涉321

7.9 旋光性323

7.9.1 旋光测量装置及旋光规律323

7.9.2 旋光现象的解释324

7.9.3 科纽棱镜326

7.9.4 磁致旋光效应326

7.10 晶体、液体和液晶的电光效应328

7.10.1 克尔效应328

7.10.2 泡克耳斯效应329

7.10.3 液晶的电光效应331

7.10.4 电光效应的应用333

7.11 光测弹性效应和玻璃内应力测定335

7.11.1 光测弹性效应335

7.11.2 玻璃内应力的测定336

7.1 2晶体的非线性光学效应338

7.12.1 倍频效应339

7.12.2 混频效应341

7.12.3 光折变效应342

7.12.4 位相共轭光波的产生343

7.12.5 光学双稳态346

习题348

附录A 场论的一些主要公式352

附录B 傅里叶级数、傅里叶积分和傅里叶变换352

附录C 卷积和相关356

附录D δ函数358

附录E 贝塞尔函数359

附录F 矩阵361

汉英名词索引364

习题答案369

参考文献374