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绪论1

第1章 光在各向同性介质中的传播特性3

1.1光波的特性3

1.1.1光电磁波及麦克斯韦电磁方程3

1.1.2几种特殊形式的光波7

1.1.3光波场的频率域表示14

1.1.4光波的速度20

1.1.5平面光波的横波性、偏振态及其表示23

1.2光波在介质界面上的反射和折射28

1.2.1反射定律和折射定律29

1.2.2菲涅耳公式、反射率和透射率29

1.2.3反射和折射的相位特性34

1.2.4反射和折射的偏振特性36

1.2.5全反射40

1.2.6左手材料和负折射现象43

1.3光波在金属表面上的反射和折射45

例题49

习题54

第2章 光的干涉60

2.1双光束干涉60

2.1.1产生干涉的基本条件60

2.1.2双光束干涉63

2.2平行平板的多光束干涉71

2.3光学薄膜76

2.3.1光学薄膜的反射特性77

2.3.2薄膜波导86

2.4典型干涉仪91

2.4.1迈克尔逊干涉仪91

2.4.2马赫-泽德干涉仪94

2.4.3法布里-珀罗干涉仪95

2.5光的相干性104

2.5.1光的相干性105

2.5.2相干性的定量描述113

2.5.3激光的相干性117

例题119

习题125

第3章 光的衍射131

3.1衍射的基本理论131

3.1.1光的衍射现象131

3.1.2惠更斯-菲涅耳原理132

3.1.3基尔霍夫衍射公式133

3.2夫朗和费衍射139

3.2.1夫朗和费衍射装置139

3.2.2夫朗和费矩形孔和圆孔衍射140

3.2.3夫朗和费单缝和多缝衍射149

3.2.4巴俾涅原理应用155

3.3菲涅耳衍射155

3.3.1菲涅耳衍射的菲涅耳波带法155

3.3.2菲涅耳衍射的积分解法164

3.4光栅和波带片168

3.4.1衍射光栅168

3.4.2波导光栅175

3.4.3全息光栅178

3.4.4波带片180

3.5全息照相183

3.5.1全息照相原理183

3.5.2全息照相技术188

3.5.3数字全息192

3.6傅里叶光学、二元光学、近场光学基础简介194

3.6.1光衍射现象的傅里叶分析——傅里叶光学基础194

3.6.2二元光学——衍射光学206

3.6.3近场光学简介213

例题217

习题224

第4章 光在各向异性介质中的传播特性230

4.1晶体的光学各向异性230

4.1.1张量的基础知识230

4.1.2晶体的介电张量232

4.2理想单色平面光波在晶体中的传播233

4.2.1光在晶体中传播特性的解析法描述233

4.2.2光在晶体中传播特性的几何法描述243

4.3平面光波在晶体界面上的反射和折射255

4.3.1光在晶体界面上的双反射和双折射现象255

4.3.2单轴晶体的负折射和负反射现象261

4.4晶体光学元件262

4.4.1偏振器262

4.4.2波片和补偿器268

4.5晶体的偏光干涉271

4.5.1平行光的偏光干涉272

4.5.2会聚光的偏光干涉276

例题281

习题285

第5章 晶体的感应双折射290

5.1电光效应290

5.1.1电光效应的描述290

5.1.2晶体的线性电光效应291

5.1.3晶体的二次电光效应303

5.1.4晶体电光效应的应用举例305

5.2声光效应307

5.2.1弹光效应和弹光系数307

5.2.2声光衍射310

5.3晶体的旋光效应与法拉第效应313

5.3.1晶体的旋光效应313

5.3.2法拉第效应316

例题318

习题320

第6章 光的吸收、色散和散射322

6.1光与介质相互作用的经典理论322

6.2光的吸收325

6.2.1光吸收定律325

6.2.2吸收光谱326

6.3光的色散328

6.3.1色散率329

6.3.2正常色散与反常色散329

6.4光的散射332

6.4.1光的散射现象332

6.4.2瑞利散射332

6.4.3米氏散射335

6.4.4分子散射335

6.4.5喇曼散射336

例题337

习题339

第7章 几何光学基础341

7.1几何光学的基本定律341

7.1.1波面、光线和光束341

7.1.2基本定律343

7.1.3光学系统及物像的基本概念347

7.1.4光学系统成完善像的条件348

7.2单个折射球面的光路计算350

7.2.1符号法则350

7.2.2单个折射球面的光路计算公式351

7.2.3单个折射球面近轴区光路计算公式354

7.3单个折射球面的近轴区成像354

7.3.1物像公式354

7.3.2焦距及光焦度355

7.3.3高斯公式和牛顿公式356

7.3.4放大率357

7.3.5拉亥不变量359

7.4球面反射镜成像359

7.4.1焦点和焦距359

7.4.2物像公式360

7.4.3放大率360

7.5共轴球面光学系统360

7.5.1转面公式361

7.5.2拉亥公式362

7.5.3放大率公式362

7.6薄透镜成像363

7.6.1透镜的分类363

7.6.2薄透镜成像363

7.6.3薄透镜物像的几个特殊位置关系365

7.7平面的折射成像365

7.7.1平面折射光路计算公式365

7.7.2折射平面近轴区成像366

7.7.3折射平行平板的光路计算366

7.7.4折射平行平板的成像367

7.8平面镜和棱镜系统368

7.8.1平面镜成像368

7.8.2双平面镜系统成像369

7.8.3反射棱镜372

7.8.4反射棱镜的成像373

7.8.5折射棱镜376

例题378

习题382

第8章 理想光学系统384

8.1理想光学系统的基点和基面384

8.1.1理想光学系统的基本特性384

8.1.2理想光学系统的基点和基面385

8.1.3基本几何光学元件的基点和基面387

8.2理想光学系统的物像关系388

8.2.1图解法求像388

8.2.2理想光学系统成像公式389

8.2.3放大率391

8.2.4理想光学系统的基点位置关系392

8.2.5光学系统基点的测量392

8.3理想光学系统的组合394

8.3.1双光组组合394

8.3.2正切法396

8.3.3截距法398

8.3.4无焦系统398

8.4厚透镜及其基点与基面399

8.4.1厚透镜基点一般公式400

8.4.2厚透镜基点400

8.5矩阵在近轴光学系统中的应用403

8.5.1光线矢量的线性变换矩阵403

8.5.2基本光学元件的特征传递矩阵404

8.5.3光学系统的传递矩阵计算406

8.5.4高斯矩阵与光学系统主平面和焦点的位置关系408

8.5.5传递矩阵在激光谐振腔设计中的应用409

8.6 ABCD法则及其在激光束传输中的应用411

8.6.1 ABCD法则——光波面曲率半径在传播介质中的变化规律411

8.6.2 ABCD法则用于基模高斯光束的传播412

8.6.3基模高斯光束经过薄透镜的变换413

8.6.4基模高斯光束经过无焦系统的变换415

例题416

习题419

第9章 光学系统像差基础和光路计算422

9.1光学系统中的光阑422

9.1.1光阑及其分类422

9.1.2孔径光阑和入/出瞳423

9.1.3视场光阑和入/出窗425

9.2光学系统光阑对成像的影响426

9.2.1渐晕426

9.2.2景深和焦深428

9.2.3几个特殊光学系统的光阑的作用432

9.3像差基本概念434

9.3.1像差的描述和分类434

9.3.2球差435

9.3.3彗差436

9.3.4像散437

9.3.5场曲439

9.3.6畸变440

9.3.7位置色差（轴向色差）441

9.3.8倍率色差（垂轴色差）442

9.4光学系统中一般光路计算443

9.4.1光学系统计算光路的分类443

9.4.2光学系统近轴光线的光路计算443

9.4.3光学系统子午面内光线的光路计算444

9.4.4沿轴外物点主光线细光束的光路计算446

9.5光学系统设计软件——ZEMAX简介448

9.5.1 ZEMAX基本概况449

9.5.2 ZEMAX设计环境450

9.5.3光学系统结构的设定451

9.5.4光学系统成像的分析454

9.5.5光学系统结构的优化455

例题456

习题458

第10章 光学仪器的基本原理459

10.1光辐射基本概念和规律459

10.1.1光辐射基本物理量459

10.1.2光源直接照射表面时的光照度（距离平方反比定律464

10.1.3光亮度的传递规律465

10.2眼睛467

10.2.1眼睛的结构467

10.2.2眼睛的调节和适应468

10.2.3眼睛的缺陷与校正468

10.2.4眼睛的分辨率469

10.3放大镜470

10.3.1视角放大率470

10.3.2放大镜的视角放大率471

10.3.3放大镜的光束限制472

10.4显微镜472

10.4.1显微镜的结构及其成像472

10.4.2显微镜的分辨率473

10.4.3显微镜的视角放大率474

10.4.4显微镜的聚光本领475

10.4.5显微镜的光束限制476

10.5望远镜476

10.5.1望远镜的结构476

10.5.2望远镜的分辨率477

10.5.3望远镜的放大本领478

10.5.4望远镜的聚光本领479

10.6物镜和目镜480

10.6.1显微镜的物镜480

10.6.2望远镜的物镜482

10.6.3目镜484

例题486

习题491

部分习题参考答案492

参考文献500