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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

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