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第1章 光的波动模型1

1.1光波1

1.1.1可见光1

1.1.2光波产生的物理机制2

1.1.3产生光波的偶极振子模型4

1.1.4光波的周期性5

1.1.5简谐光波8

1.1.6光矢量10

1.1.7光强11

1.1.8光的传播13

1.1.9光程差与相位差14

1.2简谐光波的数学表示16

1.2.1矢量表示与标量表示16

1.2.2简谐光波的描述17

1.2.3简谐光波按波面分类17

1.2.4光波的复振幅表示22

1.2.5有关光波的几个概念22

1.3傍轴条件与远场条件24

1.3.1轴上物点的傍轴条件和远场条件24

1.3.2轴外物点的傍轴条件和远场条件26

第2章 光线与几何光学28

2.1几何光学的物理基础28

2.1.1光线模型28

2.1.2光线的实验定律28

2.2几何光学的基本原理32

2.2.1光传播的可逆性原理32

2.2.2费马原理33

2.3棱镜与光纤34

2.3.1棱镜对光的折射34

2.3.2色散棱镜36

2.3.3全反射棱镜38

2.3.4光纤39

2.4单球面成像40

2.4.1折射面、反射面对光线的变换40

2.4.2物与像的虚实性41

2.4.3傍轴光在单球面上的折射成像45

2.4.4高斯光学中的符号约定54

2.4.5傍轴光在单球面上的反射成像56

2.5薄透镜成像61

2.5.1逐次成像法61

2.5.2薄透镜的物像公式62

2.5.3光具组成像66

2.5.4薄透镜成像的作图法69

2.6理想共轴光具组成像的高斯定理71

2.6.1理想光具组71

2.6.2共轴球面系统的基点和基面73

2.6.3共轴球面系统的物像关系77

2.6.4基点和基平面的确定79

2.7非傍轴光线的阿贝正弦条件与齐明点83

2.7.1透镜组的阿贝正弦条件83

2.7.2齐明透镜与齐明点84

2.7.3齐明透镜组85

2.8几何光学仪器86

2.8.1眼睛86

2.8.2目镜89

2.8.3物镜92

2.8.4显微镜95

2.8.5望远镜97

2.8.6照相机99

第3章 光的相干叠加与非相干叠加102

3.1光波的叠加原理102

3.1.1光波的独立传播定律102

3.1.2光波的叠加原理102

3.2同频率、同振动方向光波叠加的方法103

3.2.1代数法103

3.2.2复数法104

3.2.3振幅矢量法105

3.3光波叠加的强度106

3.3.1光波叠加的特点106

3.3.2光波叠加强度的计算方法107

3.3.3光波的相干叠加与非相干叠加107

3.3.4光波的相干条件110

3.4波包与群速度114

3.5杨氏干涉与相干光的获得118

3.5.1干涉装置118

3.5.2杨氏干涉的物理过程119

3.5.3相干光的获得121

3.6干涉图样与干涉强度121

3.6.1杨氏双孔干涉121

3.6.2杨氏双缝干涉124

3.6.3干涉条纹的可见度125

3.6.4两列平面光波的干涉125

3.7惠更斯-菲涅耳原理127

3.7.1次波模型127

3.7.2次波的线性叠加：惠更斯-菲涅耳原理130

3.8菲涅耳衍射133

3.8.1衍射装置与现象133

3.8.2用半波带法分析菲涅耳圆孔衍射134

3.8.3半波带方程141

3.8.4一般情形下的波带142

3.8.5菲涅耳半波带的应用——波带片144

3.9夫琅禾费单缝和矩孔衍射146

3.9.1夫琅禾费单缝衍射装置146

3.9.2单缝衍射强度分布147

3.9.3单缝衍射图样的特点152

3.9.4单缝衍射的应用155

3.9.5夫琅禾费矩孔衍射156

3.10夫琅禾费圆孔衍射158

3.10.1圆孔衍射强度158

3.10.2衍射图样的特点160

3.11衍射的0级近似与几何光学164

3.11.1衍射中央主极大的特殊性164

3.11.2衍射与孔径的关系165

3.11.3几何光学是衍射的0级近似166

3.11.4望远镜的分辨本领与衍射极限166

第4章 干涉仪与光的时空相干性170

4.1分波前的干涉装置170

4.1.1菲涅耳双面镜171

4.1.2劳埃德镜174

4.1.3菲涅耳双棱镜175

4.1.4对切透镜176

4.2光的空间相干性179

4.2.1光源的非相干性179

4.2.2扩展光源对相干性的影响182

4.3光的时间相干性185

4.3.1非单色光的干涉185

4.3.2相干时间187

4.4光波在界面处的复振幅188

4.4.1菲涅耳公式188

4.4.2出现半波损失的特例192

4.4.3斯托克斯倒逆关系195

4.5薄膜干涉196

4.5.1等倾干涉196

4.5.2等厚干涉202

4.6分振幅的干涉装置204

4.6.1迈克耳孙干涉仪204

4.6.2马赫-曾德尔干涉仪209

4.6.3干涉滤波片210

4.6.4牛顿环（圈）212

4.7法布里-珀罗干涉仪214

4.7.1多光束干涉214

4.7.2多光束干涉的光强214

4.7.3干涉场的特性218

第5章 衍射光栅与光谱仪223

5.1多缝夫琅禾费衍射223

5.1.1衍射强度224

5.1.2双缝衍射234

5.1.3光栅衍射的特点235

5.1.4干涉与衍射的区别和联系237

5.2光栅光谱237

5.2.1谱线的角宽度和光栅的色分辨本领238

5.2.2光栅的色散与自由光谱范围239

5.3闪耀光栅241

5.3.1问题的提出与解决方案241

5.3.2闪耀光栅的结构242

5.3.3闪耀光栅衍射的一般性分析243

5.3.4两种常用的照明方式245

5.4单色仪与光谱仪245

5.5正弦光栅247

5.6 X射线在晶体中的衍射249

5.6.1晶格点阵249

5.6.2 X射线在晶体中的衍射250

5.6.3晶体X射线衍射的实验方法252

第6章 傅里叶变换光学255

6.1衍射屏对波前的变换255

6.1.1衍射系统的屏函数255

6.1.2简单光波场的波前光场256

6.1.3透镜的相位变换函数257

6.1.4光楔的相位变换函数260

6.2接收场的傅里叶变换261

6.2.1衍射积分的近似261

6.2.2衍射系统的傅里叶变换263

6.3夫琅禾费光栅衍射的傅里叶频谱分析263

6.3.1屏函数的傅里叶变换263

6.3.2周期性屏函数的傅里叶变换265

6.3.3非周期性的屏函数的傅里叶变换267

6.4阿贝成像原理269

6.4.1阿贝成像原理的数学验证269

6.4.2阿贝成像原理的实验验证271

6.4.3图像处理273

6.4.4 θ调制275

6.5相衬显微镜276

6.6全息照相277

6.6.1全息照相的基本原理277

6.6.2全息照相的装置280

第7章 光的偏振与双折射281

7.1光的偏振特性281

7.1.1横波的偏振性281

7.1.2起偏与检偏283

7.2光的偏振态284

7.2.1自然光284

7.2.2部分偏振光284

7.2.3平面偏振光285

7.2.4圆偏振光286

7.2.5椭圆偏振光288

7.3反射、折射所引起的偏振态的改变293

7.3.1偏振态的改变293

7.3.2垂直入射的情形293

7.3.3布儒斯特定律294

7.3.4玻璃片堆和布儒斯特窗294

7.4光在晶体中的双折射296

7.5单轴晶体中光的波面300

7.5.1晶体中o光和e光的波面300

7.5.2单轴晶体的惠更斯作图法302

7.5.3几种特例303

7.6晶体光学器件304

7.6.1偏振棱镜304

7.6.2波片306

7.6.3相位补偿器308

7.7波片对光的偏振态的改变309

7.7.1光在波晶片中的传播引起的相位差309

7.7.2经过波片后光的偏振态的改变311

7.7.3偏振态的实验鉴定317

7.8偏振光的干涉319

7.8.1平行偏振光的干涉装置319

7.8.2干涉分析与实验现象319

7.8.3偏振光干涉的应用——光测弹性321

7.9电光效应322

7.9.1克尔效应322

7.9.2泡克尔斯效应323

7.9.3电光效应的应用325

7.10旋光326

7.10.1自然旋光326

7.10.2磁致旋光331

7.10.3磁致旋光的应用332

第8章 光波与物质的相互作用335

8.1光的吸收335

8.1.1吸收的实验定律335

8.1.2吸收系数与波长的关系336

8.2光的色散338

8.3光的散射340

8.3.1散射现象340

8.3.2散射定律340

8.4强光在介质中的非线性电极化效应342

第9章 光的量子性345

9.1黑体辐射345

9.1.1热辐射345

9.1.2黑体辐射的实验规律347

9.2光量子352

9.2.1普朗克能量分立的谐振子353

9.2.2光量子354

9.2.3康普顿效应356

9.2.4物质的波粒二象性358

9.3激光360

9.3.1爱因斯坦的辐射理论360

9.3.2粒子数反转与光放大362

习题与答案365

参考文献402