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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10

1.2.5 平面简谐波的复振幅10

1.2.6 平面电磁波的性质12

1.3 球面波和柱面波13

1.3.1 球面波的波函数13

1.3.2 球面波的复振幅14

1.3.3 柱面波的波函数15

1.4 光源和光的辐射16

1.4.1 光源16

1.4.2 光辐射的经典模型16

1.4.3 辐射能18

1.4.4 对实际光波的认识20

1.5 电磁场的边值关系20

1.6 光在两介质分界面上的反射和折射22

1.6.1 反射定律和折射定律23

1.6.2 菲涅耳公式24

1.6.3 菲涅耳公式的讨论26

1.6.4 反射率和透射率27

1.6.5 反射和折射产生的偏振29

1.7 全反射31

1.7.1 反射系数和位相变化31

1.7.2 隐失波33

1.7.3 隐失波应用举例34

1.8 光波在金属表面的透射和反射36

1.8.1 金属中的透射波36

1.8.2 金属表面的反射38

1.9 光的吸收、色散和散射40

1.9.1 光的吸收40

1.9.2 光的色散42

1.9.3 光的散射45

习题47

第2章 光波的叠加与分析51

2.1 两个频率相同、振动方向相同的单色光波的叠加51

2.1.1 代数加法51

2.1.2 复数方法53

2.1.3 相幅矢量加法54

2.2 驻波55

2.2.1 驻波的形成55

2.2.2 驻波实验56

2.3 两个频率相同、振动方向互相垂直的光波的叠加57

2.3.1 椭圆偏振光57

2.3.2 几种特殊情况59

2.3.3 左旋和右旋60

2.3.4 椭圆偏振光的强度60

2.3.5 利用全反射产生椭圆和圆偏振光61

2.4 不同频率的两个单色光波的叠加62

2.4.1 光拍63

2.4.2 群速度和相速度64

2.5 光波的分析66

2.5.1 周期性波的分析67

2.5.2 非周期性波的分析69

习题72

第3章 光的干涉和干涉仪75

3.1 实际光波的干涉及实现方法75

3.1.1 相干条件75

3.1.2 光波分离方法77

3.2 杨氏干涉实验78

3.2.1 干涉图样的计算78

3.2.2 等光程差面与干涉条纹形状80

3.3 分波前干涉的其他实验装置83

3.4 条纹的对比度86

3.4.1 光源大小的影响87

3.4.2 光源非单色性的影响91

3.4.3 两相干光波振幅比的影响94

3.5 相干性理论96

3.5.1 互相干函数和复相干度96

3.5.2 时间相干度98

3.5.3 空间相干度100

3.6 平行平板产生的干涉100

3.6.1 条纹的定域101

3.6.2 等倾条纹102

3.6.3 圆形等倾条纹103

3.6.4 透射光条纹105

3.7 楔形平板产生的干涉107

3.7.1 定域面的位置及定域深度107

3.7.2 楔形平板产生的等厚条纹109

3.7.3 等厚条纹的应用111

3.8 用牛顿环测量透镜的曲率半径113

3.8.1 测量原理及精确度113

3.8.2 检验光学零件表面质量114

3.9 平面干涉仪115

3.10 迈克耳孙干涉仪117

3.11 泰曼干涉仪和傅里叶变换光谱仪119

3.11.1 泰曼干涉仪119

3.11.2 傅里叶变换光谱仪121

3.12 马赫-泽德干涉仪122

习题124

第4章 多光束干涉与光学薄膜128

4.1 平行平板的多光束干涉128

4.1.1 干涉场的强度公式129

4.1.2 多光束干涉图样的特点130

4.1.3 干涉条纹的锐度132

4.2 法布里-珀罗干涉仪和陆末-盖尔克板132

4.2.1 法布里-珀罗干涉仪133

4.2.2 F-P干涉仪的应用134

4.2.3 陆末-盖尔克板138

4.3 多光束干涉原理在薄膜理论中的应用140

4.3.1 单层膜140

4.3.2 双层膜和多层膜143

4.3.3 干涉滤光片147

4.4 薄膜系统光学特性的矩阵计算方法151

4.4.1 薄膜的特征矩阵152

4.4.2 膜系反射率的计算154

4.5 薄膜波导156

4.5.1 薄膜波导的传播模式156

4.5.2 薄膜波导中的场分布159

4.5.3 薄膜波导的光耦合160

习题162

第5章 光的衍射164

5.1 惠更斯-菲涅耳原理164

5.2 基尔霍夫衍射理论166

5.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理167

5.2.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式168

5.2.3 巴俾涅原理170

5.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射171

5.3.1 两类衍射现象的特点171

5.3.2 两类衍射的近似计算公式171

5.4 矩孔和单缝的夫琅禾费衍射174

5.4.1 夫琅禾费衍射装置174

5.4.2 夫琅和费衍射公式的意义175

5.4.3 矩孔衍射177

5.4.4 单缝衍射179

5.5 圆孔的夫琅禾费衍射182

5.5.1 强度公式182

5.5.2 衍射图样分析183

5.6 光学成像系统的衍射和分辨本领184

5.6.1 成像系统的衍射现象184

5.6.2 在像面观察的夫琅禾费衍射185

5.6.3 成像系统的分辨本领186

5.6.4 棱镜光谱仪的色分辨本领189

5.7 双缝夫琅禾费衍射192

5.7.1 双缝衍射强度分布192

5.7.2 瑞利干涉仪195

5.8 多缝夫琅禾费衍射196

5.8.1 强度分布公式196

5.8.2 多缝衍射图样198

5.9 衍射光栅201

5.9.1 光栅的分光性能202

5.9.2 闪耀光栅204

5.9.3 迈克耳孙阶梯光栅206

5.9.4 凹面光栅207

5.9.5 正弦（振幅）光栅208

5.9.6 三维光栅209

5.10 圆孔和圆屏的菲涅耳衍射212

5.10.1 菲涅耳衍射212

5.10.2 菲涅耳波带法212

5.10.3 圆孔衍射图样215

5.10.4 圆屏的菲涅耳衍射216

5.10.5 菲涅耳波带片217

5.11 直边的菲涅耳衍射221

5.11.1 菲涅耳积分及其图解221

5.11.2 半平面屏的菲涅耳衍射223

5.11.3 单缝菲涅耳衍射225

5.11.4 矩孔菲涅耳衍射226

5.12 全息照相227

5.12.1 什么是全息照相227

5.12.2 全息照相原理229

5.12.3 全息照相的特点和要求232

5.12.4 全息照相应用举例233

习题236

第6章 傅里叶光学240

6.1 平面波的复振幅及空间频率240

6.1.1 平面波沿传播方向的复振幅分布240

6.1.2 平面波在一个平面上的复振幅分布241

6.2 单色波场中复杂的复振幅分布及其分解245

6.2.1 单色波场中复杂的复振幅分布245

6.2.2 透镜的透射系数247

6.2.3 复杂复振幅分布的分解248

6.3 衍射现象的傅里叶分析方法249

6.3.1 夫琅禾费近似下衍射场与孔径场的变换关系249

6.3.2 夫琅禾费衍射的计算实例250

6.3.3 菲涅耳衍射的傅里叶变换表达式254

6.4 透镜的傅里叶变换性质和成像性质257

6.4.1 傅里叶变换性质257

6.4.2 透镜的成像性质260

6.5 相干成像系统分析及相干传递函数264

6.5.1 成像系统的普遍模型265

6.5.2 成像系统的线性和空间不变性265

6.5.3 扩展物体的成像267

6.5.4 相干传递函数（CTF）268

6.6 非相干成像系统分析及光学传递函数271

6.6.1 非相干系统的成像271

6.6.2 光学传递函数（OTF）271

6.6.3 OTF与CTF的关系273

6.6.4 衍射受限系统的OTF274

6.6.5 有像差系统的传递函数277

6.7 阿贝成像理论和阿贝-波特实验279

6.7.1 阿贝成像理论279

6.7.2 阿贝-波特实验281

6.8 相干光学信息处理283

6.8.1 相干光学处理系统283

6.8.2 处理举例285

6.9 非相干光学信息处理293

习题295

第7章 光的偏振与晶体光学基础298

7.1 偏振光和自然光298

7.1.1 偏振光和自然光的特点298

7.1.2 从自然光获得线偏振光的方法299

7.1.3 马吕斯定律和消光比302

7.2 晶体的双折射304

7.3 双折射的电磁理论305

7.3.1 晶体的各向异性及介电张量305

7.3.2 单色平面波在晶体中的传播307

7.4 晶体光学性质的图形表示311

7.4.1 折射率椭球311

7.4.2 波矢面314

7.4.3 法线面315

7.4.4 光线面317

7.5 光波在晶体表面的反射和折射321

7.5.1 波法线方向的确定321

7.5.2 直接得到光线方向的惠更斯作图法323

7.5.3 双反射现象326

7.6 晶体光学器件326

7.6.1 偏振棱镜326

7.6.2 波片328

7.6.3 补偿器330

7.7 偏振光和偏振器件的矩阵表示332

7.7.1 偏振光的矩阵表示332

7.7.2 正交偏振334

7.7.3 偏振器件的矩阵表示334

7.7.4 琼斯矩阵的本征矢量337

7.8 偏振光的干涉339

7.8.1 偏振光干涉原理339

7.8.2 会聚偏振光的干涉341

7.9 旋光性344

7.9.1 旋光测量装置及旋光规律344

7.9.2 旋光现象的解释345

7.9.3 科纽棱镜347

7.9.4 磁致旋光效应347

7.10 晶体、液体和液晶的电光效应349

7.10.1 克尔效应349

7.10.2 泡克耳斯效应350

7.10.3 液晶的电光效应352

7.10.4 电光效应的应用355

7.11 光测弹性效应和玻璃内应力测定356

7.11.1 光测弹性效应356

7.11.2 玻璃内应力的测定357

7.12 晶体的非线性光学效应360

7.12.1 倍频效应360

7.12.2 混频效应363

7.12.3 光折变效应364

7.12.4 位相共轭光波的产生365

7.12.5 光学双稳态369

习题371

附录A 场论的一些主要公式375

附录B 傅里叶级数、傅里叶积分和傅里叶变换375

附录C 卷积和相关381

附录D δ函数383

附录E 贝塞尔函数385

附录F 矩阵388

汉英名词索引390

习题答案395

参考文献401