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第1章 光的电磁理论1

1.1 麦克斯韦方程组1

1.1.1 电磁场微分形式的麦克斯韦方程组1

1.1.2 物质方程1

1.2 光的波动方程2

1.2.1 电磁场的波动性2

1.2.2 电磁波2

1.2.3 光波的亥姆霍兹方程3

1.2.4 单色光波在各向同性均匀介质中自由传播时的振幅表达式3

1.3 不连续表面的边值条件及光波在界面上的反射和折射4

1.3.1 不连续表面的边值条件4

1.3.2 光波在界面上的反射和折射5

1.3.3 菲涅耳公式5

1.4 VirtualLab仿真建模与技巧8

1.4.1 VirtualLab软件简介8

1.4.2 平面电磁波9

1.4.3 球面波和柱面波14

1.4.4 光在两种透明电介质分界面上的反射和折射18

1.4.5 光的色散、吸收和散射25

第2章 光的干涉及干涉系统30

2.1 光波的叠加30

2.1.1 两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加30

2.1.2 驻波31

2.1.3 两个频率相同、振动方向互相垂直的单色光波的叠加32

2.1.4 两个频率不同、振幅相同、振动方向相同的单色光波的叠加35

2.2 惠更斯-菲涅耳原理及相干条件36

2.2.1 惠更斯-菲涅耳原理36

2.2.2 相干条件37

2.3 两个频率相同、振动方向相同的点光源发出的球面波的干涉38

2.3.1 杨氏干涉实验38

2.3.2 干涉场光强计算38

2.3.3 两个相干单色点光源在空间形成的干涉场39

2.4 时空相干性40

2.4.1 干涉条纹的对比度40

2.4.2 两个相干光波的振幅对调制度的影响40

2.4.3 光源大小的影响——空间相干性40

2.4.4 光源单色性的影响——时间相干性41

2.5 平板及光楔的干涉41

2.5.1 定域干涉条纹与非定域干涉条纹42

2.5.2 等厚干涉与等倾干涉42

2.6 典型的双光束干涉仪器简介43

2.6.1 激光点光源干涉仪43

2.6.2 迈克尔逊干涉仪44

2.6.3 泰曼-格林干涉仪44

2.6.4 斐索干涉仪45

2.6.5 马赫-曾德干涉仪45

2.6.6 等倾干涉仪46

2.7 多光束干涉47

2.7.1 干涉场的光强分布公式47

2.7.2 干涉条纹特征48

2.7.3 干涉条纹的锐度与精细度49

2.8 F-P干涉仪50

2.8.1 F-P干涉仪的工作原理50

2.8.2 F-P干涉仪的应用51

2.9 光学薄膜和干涉滤光片53

2.9.1 单层膜53

2.9.2 双层膜和多层膜55

2.10 VirtualLab仿真建模与技巧56

2.10.1 两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加56

2.10.2 驻波62

2.10.3 两个频率相同、振动方向互相垂直的单色光波的叠加64

2.10.4 多个不同频率的单色光相干叠加成波群67

2.10.5 杨氏干涉实验73

2.10.6 平面波和球面波产生的干涉76

2.10.7 迈克尔逊干涉仪79

2.10.8 马赫-曾德干涉仪85

2.10.9 F-P干涉仪88

第3章 光的衍射97

3.1 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式97

3.2 圆孔衍射98

3.2.1 圆孔衍射的复振幅及光强解析表达式98

3.2.2 菲涅耳衍射与夫朗禾费衍射100

3.2.3 菲涅耳数的物理意义101

3.2.4 圆孔衍射解析表达式的物理意义101

3.3 光学系统像点附近的光强空间分布102

3.3.1 像点附近的空间光强分布103

3.3.2 瑞利判断与斯托列尔准则105

3.3.3 光学系统的分辨角106

3.3.4 巴比涅原理106

3.4 典型孔径的衍射107

3.4.1 矩孔衍射107

3.4.2 单缝衍射108

3.4.3 多缝衍射108

3.4.4 衍射光栅111

3.5 VirtualLab仿真建模与技巧112

3.5.1 菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射112

3.5.2 衍射光栅123

3.5.3 其他光栅125

第4章 光的偏振133

4.1 偏振光和自然光133

4.1.1 产生偏振光的方法134

4.1.2 马吕斯定律134

4.2 单色平面光波在各向异性均匀介质中的传播134

4.2.1 波面与光线134

4.2.2 菲涅耳方程135

4.2.3 单轴晶体的双折射136

4.2.4 单轴晶体的折射率椭球、波矢面、光线面与法线面的几何关系137

4.3 光波经单轴晶体的折射139

4.4 偏振器件142

4.4.1 晶体偏振器件142

4.4.2 偏振片143

4.4.3 波片143

4.5 偏振光和偏振器件的矩阵表示144

4.5.1 琼斯矢量144

4.5.2 琼斯矩阵144

4.6 VirtualLab仿真建模与技巧147

4.6.1 偏振光和自然光147

4.6.2 晶体的双折射150

4.6.3 偏振光和偏振器件的矩阵表示156

参考文献159