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上篇　基础光学——建立“光”的电磁波理论，阐述各种基本光学现象第一章　绪论3

1.1 光学是物理学科中的重要分支学科3

1.2　我国古代在光学方面的成就5

1.3　20世纪前在光科学方面的发展简史6

1.4　20世纪到近期的若干重大进展8

1.5　光波是电磁波谱中的一员16

1.6　光子与电子之间的异同18

第二章 光波运动的数学表述及光波的叠加原理20

2.1　麦克斯韦方程组和单色平面波20

2.2　光波的能量、能量流（光强）和动量25

2.3　球面波27

2.4　高斯型波面和高斯光束29

2.5　光在均匀介质中的传播　折射率与光程31

2.6　平面波在介质界面上的折射和反射33

2.7　多束光波的叠加　叠加原理35

2.8　振动方向相互垂直的光波叠加 椭圆偏振光35

2.9　不同频率的光波叠加38

第三章　几何光学42

3.1 几何光学的含义　费马原理42

3.2　平面反射镜的成像和反射定律43

3.3 球面反射镜、椭球面反射镜和抛物面反射镜的成像44

3.4　光线通过介质界面的折射和全反射49

3.5 近轴光线经过单球面折射体的传播规律51

3.6　薄透镜成像规律及光线追迹法55

3.7 光线经过同轴系统的ABCD转换矩阵60

3.8　透镜的像差70

3.9　光阑与光瞳72

3.10　常用的光学元件：棱镜和光纤74

3.11　几何光学仪器77

3.12　几何光学的成就及其不足84

第四章 光波的干涉现象和相干性85

4.1 光波的干涉现象及叠加原理85

4.2　波前分割法　杨氏双缝干涉90

4.3 振幅分割法　楔形薄层的干涉和牛顿环94

4.4　迈克耳孙干涉仪和马赫-曾德尔干涉仪99

4.5 多光束叠加干涉及法布里-珀罗干涉仪103

4.6　准单色光及面光源的干涉　迈克耳孙恒星干涉仪107

第五章　光的衍射现象115

5.1 光的衍射及惠更斯-菲涅耳原理115

5.2　菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射125

5.3 夫琅禾费衍射：求解单缝、矩形孔、双缝及光栅的衍射127

5.4　夫琅禾费衍射：求解圆孔的衍射135

5.5　分辨率、分辨率极限及瑞利判据137

5.6　夫琅禾费衍射与傅里叶变换139

第六章 光波在界面及多层薄膜系统的反射和折射142

6.1 电磁波跨越界面需要满足的边界条件142

6.2 菲涅耳的反射和折射公式145

6.3 菲涅耳公式讨论之一：光波在界面上反射的相位突变148

6.4　菲涅耳公式讨论之二：布儒斯特定律149

6.5 菲涅耳公式讨论之三：全反射产生倏逝波，古斯-亨兴效应151

6.6 介质界面上的反射率和透射率154

6.7　光波在金属界面上的反射和吸收156

6.8　光波在涂有单层介质薄膜表面上的反射和透射157

6.9 光波在涂有多层介质薄膜表面上的反射和透射——薄膜光学162

6.10 一些典型光学膜系的结构及其反射率特性165

6.11 关于选用膜系的考虑174

第七章 晶体双折射现象 光波的偏振态及其检测176

7.1 光在各向异性介质中传播的现象176

7.2　光波偏振态的检测 波片的用途183

7.3　对椭圆偏振光的分析　斯托克斯参数193

7.4　对椭圆偏振态的另一种描述：琼斯矢量和琼斯矩阵200

7.5 椭偏仪——椭圆偏振光在测定表面光学常量中的应用201

第八章　光波在介质中传播的色散现象 光的散射204

8.1 多色光波在介质中的传播204

8.2　光与物质的相互作用 电偶极子振荡207

8.3 金属材料中的自由电子振荡208

8.4　介质材料对光波的吸收和色散　经典色散理论210

8.5 电极化强度在光场作用下的行为215

8.6　光的散射现象216

第九章　光源和激光221

9.1 固态物质的发光及辐射计量：辐射度学和光度学221

9.2　热光源和黑体辐射源224

9.3　原子、分子体系发光的微观机制229

9.4　若干典型的发光体及其性质237

9.5　激光光源的简要原理242

9.6　常用的激光器及其特性251

9.7　激光的特点及提高输出功率的技术259

9.8　一些重要的激光应用263

9.9　激光束的特点和传播267

第十章　光探测器271

10.1　光探测器的类别271

10.2　光电效应探测器272

10.3　多元阵列光敏探测器及电荷耦合器件284

下篇　选读篇——加深光学基本概念的理解并走向前沿289

第十一章 天文望远镜和显微镜的进展289

11.1 近年来在天文望远镜方面的进展289

11.2　适应光学在天文望远镜上发挥了作用293

11.3　显微镜的进展和近年来的成就294

11.4 突破衍射极限的近场探测298

第十二章　傅里叶光学及全息照相术301

12.1 光学图像的傅里叶变换及空间频率301

12.2 空间频率的滤波303

12.3　傅里叶变换与光学现象的对应306

12.4　全息照相术308

12.5　全息照相的实际装置312

第十三章　衍射光学元件315

13.1　衍射光学元件的含义315

13.2　衍射光学元件的衍射效率318

13.3　衍射光学元件的计算机设计简述322

13.4　衍射光学元件的制备工艺简介325

13.5　几种典型的衍射光学元件328

第十四章　非线性光学332

14.1　光学中的非线性现象332

14.2　介质的光学非线性响应334

14.3　光波在非线性介质中的传播336

14.4　二阶光学非线性现象338

14.5　三阶光学非线性效应345

第十五章 极窄脉宽和极窄频宽的激光光谱学 频率梳光谱学349

15.1 极窄脉宽激光器的研究进展349

15.2　实验桌上的高功率窄脉冲激光器351

15.3 高功率超短脉冲激光束的应用示例355

15.4　极窄脉宽的精密激光光谱学和频率梳356

第十六章 表面的光学研究和表面吸附分子的光学检测363

16.1 表面光学研究的进展 等离子体激元及表面电磁耦合激元363

16.2 表面等离子体激元及表面电磁耦合激元的形成和性质365

16.3　表面电磁耦合激元的激励、衰减全反射现象367

16.4　朗缪-勃络吉单分子层的检测371

16.5 光学非线性效应对表面吸附分子的检测373

第十七章 纳米光子学概述377

17.1 纳米光子学的含义377

17.2　纳米颗粒　金属纳米颗粒的特性和制备378

17.3 等离子体激元学：光子学和电子学在纳米尺度下的汇合380

17.4　光子晶体的结构和制备382

17.5　光子晶体的光学特性387

17.6　光子晶体光纤388

第十八章 负折射率材料及其光学特性390

18.1 负折射率材料的发现及现状390

18.2　负折射率材料具有奇异的光学特性392

18.3 负折射率材料可以隐藏物体而不被察觉394

第十九章 光学相干性的量子理论简介396

19.1 光的相干性及HBT效应396

19.2　光学相干性的量子论述　量子光学397

习题400

附录　一些常用数据417

索引419