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第1章 光學(xué)簡(jiǎn)史 1 1.1 開場(chǎng)白 1 1.2 初始時(shí)期 1 1.3 十七世紀(jì)以來(lái) 3 1.4 十九世紀(jì) 5 1.5 二十世紀(jì)的光學(xué) 8 第2章 波動(dòng) 12 2.1 一維波 12 2.1.1 微分波動(dòng)方程 15 2.2 諧波 18 2.2.1 空間頻率 22 2.3 相位和相速度 22 2.4 疊加原理 25 2.5 復(fù)數(shù)表示 27 2.6 相矢量和波的相加 29 2.7 平面波 31 2.8 三維波動(dòng)微分方程 36 2.9 球面波 37 2.10 柱面波 40 2.11 盤旋的光 41 習(xí)題 42 第3章 電磁理論、光子和光 48 3.1 電磁理論的基本定律 49 3.1.1 法拉第感應(yīng)定律 49 3.1.2 電場(chǎng)的高斯定律 51 3.1.3 磁場(chǎng)的高斯定律 53 3.1.4 安培環(huán)路定律 54 3.1.5 麥克斯韋方程組 56 3.2 電磁波 59 3.2.1 橫波 61 3.3 能量和動(dòng)量 63 3.3.1 坡印廷矢量 63 3.3.2 輻照度 67 3.3.3 光子 69 3.3.4 輻射壓強(qiáng)和動(dòng)量 76 3.4 輻射 79 3.4.1 直線加速運(yùn)動(dòng)的電荷 79 3.4.2 同步加速器輻射 81 3.4.3 電偶極輻射 83 3.4.4 原子發(fā)的光 85 3.5 大塊物質(zhì)中的光 87 3.5.1 色散 90 3.6 電磁波-光子譜 97 3.6.1 射頻波 97 3.6.2 微波 98 3.6.3 紅外線 99 3.6.4 可見光 101 3.6.5 紫外線 102 3.6.6 X射線 103 3.6.7 ? 射線 104 3.7 量子場(chǎng)論 104 習(xí)題 106 第4章 光的傳播 111 4.1 引言 111 4.2 瑞利散射 111 4.2.1 散射和干涉 113 4.2.2 光透射穿過稠密介質(zhì) 115 4.2.3 透射和折射率 117 4.3 反射 120 4.3.1 反射定律 121 4.4 折射 124 4.4.1 折射定律 125 4.4.2 惠更斯原理 132 4.4.3 光線和法線線匯 133 4.5 費(fèi)馬原理 134 4.6 電磁學(xué)研究方法 140 4.6.1 界面上的波 140 4.6.2 菲涅耳方程 142 4.6.3 菲涅耳方程的解釋 146 4.7 全內(nèi)反射 155 4.7.1 隱失波 157 4.8 金屬的光學(xué)性質(zhì) 162 4.9 光和物質(zhì)相互作用的一些熟知的方面 166 4.10 斯托克斯對(duì)反射和折射的處理 171 4.11 光子、波和概率 173 4.11.1 量子電動(dòng)力學(xué)（QED） 174 4.11.2 光子與反射定律和折射定律 176 習(xí)題 177 第5章 幾何光學(xué) 187 5.1 引言 187 5.2 透鏡 188 5.2.1 非球面 188 5.2.2 球面上的折射 191 5.2.3 薄透鏡 194 5.3 光闌 216 5.3.1 孔徑光闌和視場(chǎng)光闌 216 5.3.2 入射光瞳和出射光瞳 217 5.3.3 相對(duì)孔徑和f數(shù) 221 5.4 反射鏡 222 5.4.1 平面鏡 222 5.4.2 非球面鏡 226 5.4.3 球面鏡 228 5.5 棱鏡 235 5.5.1 色散棱鏡 236 5.5.2 反射棱鏡 238 5.6 光纖光學(xué) 242 5.6.1 光纖通信技術(shù) 246 5.7 光學(xué)系統(tǒng) 255 5.7.1 眼 255 5.7.2 眼鏡 259 5.7.3 放大鏡 265 5.7.4 目鏡 267 5.7.5 復(fù)顯微鏡 269 5.7.6 照相機(jī) 272 5.7.7 望遠(yuǎn)鏡 275 5.8 波陣面整形 284 5.8.1 自適應(yīng)光學(xué) 285 5.8.2 相位共軛 288 5.9 引力透鏡效應(yīng) 290 習(xí)題 291 第6章 幾何光學(xué)的進(jìn)一步討論 303 6.1 厚透鏡和透鏡組 303 6.2 解析法光線追跡 308 6.2.1 矩陣方法 310 6.3 像差 321 6.3.1 單色像差 321 6.3.2 色像差 338 6.4 GRIN（梯度折射率）系統(tǒng) 344 6.5 結(jié)束語(yǔ) 347 習(xí)題 348 第7章 波的疊加 352 7.1 同頻率波的相加 352 7.1.1 代數(shù)方法 353 7.1.2 復(fù)數(shù)方法 357 7.1.3 相矢量相加 358 7.1.4 駐波 360 7.2 不同頻率波的相加 365 7.2.1 拍 365 7.2.2 群速度 368 7.3 非簡(jiǎn)諧周期波 374 7.3.1 傅里葉級(jí)數(shù) 374 7.4 非周期波 384 7.4.1 傅里葉積分 387 7.4.2 脈沖和波包 389 7.4.3 相干長(zhǎng)度 392 7.4.4 分立傅里葉變換 395 習(xí)題 402 第8章 偏振 409 8.1 偏振光的性質(zhì) 409 8.1.1 線偏振 409 8.1.2 圓偏振 412 8.1.3 橢圓偏振 414 8.1.4 自然光 417 8.1.5 角動(dòng)量和光子圖像 417 8.2 偏振器 418 8.2.1 馬呂斯定律 419 8.3 二向色性 421 8.3.1 線柵起偏器 421 8.3.2 二向色性晶體 421 8.3.3 偏振片 422 8.4 雙折射 425 8.4.1 方解石 426 8.4.2 雙折射晶體 431 8.4.3 雙折射偏振器 434 8.5 散射和偏振 436 8.5.1 散射引起的偏振 436 8.6 反射引起偏振 438 8.6.1 菲涅耳方程的一個(gè)應(yīng)用 440 8.7 推遲器 442 8.7.1 波片和斜方體 443 8.7.2 補(bǔ)償器和可變推遲器 449 8.8 圓偏振器 450 8.9 多色光的偏振 451 8.9.1 多色波的帶寬和相干時(shí)間 451 8.9.2 干涉色 452 8.10 旋光性 453 8.10.1 一個(gè)有用的模型 456 8.10.2 旋光性的生物物質(zhì) 458 8.11 感生光學(xué)效應(yīng)——光調(diào)制器 458 8.11.1 光測(cè)彈性學(xué) 458 8.11.2 法拉第效應(yīng) 460 8.11.3 克爾效應(yīng)和泡克耳斯效應(yīng) 461 8.12 液晶 464 8.13 偏振的數(shù)學(xué)描述 467 8.13.1 斯托克斯參量 468 8.13.2 瓊斯矢量 470 8.13.3 瓊斯矩陣和密勒矩陣 471 習(xí)題 474 第9章 干涉 482 9.1 一般考慮 483 9.1.1 近場(chǎng)/遠(yuǎn)場(chǎng) 487 9.2 發(fā)生干涉的條件 488 9.2.1 時(shí)間相干和空間相干 488 9.2.2 菲涅耳-阿拉果定律 490 9.3 分波陣面干涉儀 491 9.3.1 楊氏實(shí)驗(yàn) 491 9.4 分振幅干涉儀 504 9.4.1 介電膜——雙束干涉 504 9.4.2 裝有反射鏡的干涉儀 515 9.5 干涉條紋的類型和位置 523 9.6 多光束干涉 524 9.6.1 法布里-珀羅干涉儀 529 9.7 單層膜和多層膜的應(yīng)用 534 9.7.1 數(shù)學(xué)處理方法 535 9.7.2 抗反射敷層（增透膜） 537 9.7.3 多層周期系統(tǒng) 539 9.8 干涉量度學(xué)的應(yīng)用 540 9.8.1 散射光干涉 541 9.8.2 特外曼-格林干涉儀 543 9.8.3 轉(zhuǎn)動(dòng)薩尼亞克干涉儀 543 9.8.4 雷達(dá)干涉測(cè)量術(shù) 545 習(xí)題 547 第10章 衍射 553 10.1 引言 553 10.1.1 不透明障礙物 556 10.1.2 夫瑯禾費(fèi)衍射和菲涅耳衍射 557 10.1.3 幾個(gè)相干振子 559 10.2 夫瑯禾費(fèi)衍射 562 10.2.1 單縫 562 10.2.2 雙縫 571 10.2.3 多縫衍射 575 10.2.4 矩形孔 583 10.2.5 圓孔 588 10.2.6 成像系統(tǒng)的分辨率 593 10.2.7 零階貝塞爾光束 596 10.2.8 衍射光柵 597 10.3 菲涅耳衍射 607 10.3.1 球面波的自由傳播 607 10.3.2 振動(dòng)曲線 612 10.3.3 圓孔 613 10.3.4 圓形障礙物 619 10.3.5 菲涅耳波帶片 621 10.3.6 菲涅耳積分和矩形孔 624 10.3.7 考紐螺線 628 10.3.8 單狹縫的菲涅耳衍射 631 10.3.9 半無(wú)窮不透明屏 634 10.3.10 狹長(zhǎng)障礙物的衍射 635 10.3.11 巴俾涅原理 637 10.4 基爾霍夫標(biāo)量衍射理論 639 10.5 邊界衍射波 642 習(xí)題 643 第11章 傅里葉光學(xué) 650 11.1 引言 650 11.2 傅里葉變換 650 11.2.1 一維變換 650 11.2.2 二維變換 654 11.2.3 狄拉克 函數(shù) 657 11.3 光學(xué)應(yīng)用 663 11.3.1 二維像 663 11.3.2 線性系統(tǒng) 668 11.3.3 卷積積分 671 11.3.4 衍射理論中的傅里葉方法 682 11.3.5 頻譜和相關(guān) 687 11.3.6 傳遞函數(shù) 697 習(xí)題 703 第12章 相干性理論初步 709 12.1 引言 709 12.2 條紋和相干性 711 12.2.1 衍射和消失的條紋 715 12.3 可見度 716 12.4 互相干函數(shù)和相干度 723 12.4.1 時(shí)間相干性和空間相干性 725 12.5 相干性和測(cè)星干涉測(cè)量術(shù) 728 12.5.1 邁克耳孫測(cè)星干涉儀 728 12.5.2 關(guān)聯(lián)干涉測(cè)量術(shù) 730 習(xí)題 734 第13章 現(xiàn)代光學(xué)：激光器和其他課題 738 13.1 激光器和激光 738 13.1.1 輻射能與物質(zhì)的平衡 738 13.1.2 受激發(fā)射 743 13.1.3 激光器 747 13.1.4 神奇的光 764 13.2 成像——光學(xué)信息的空間分布 769 13.2.1 空間頻率 769 13.2.2 阿貝成像理論 772 13.2.3 空間濾波 773 13.2.4 相襯法 779 13.2.5 暗場(chǎng)法和紋影法 783 13.3 全息術(shù) 785 13.3.1 各種方法 785 13.3.2 進(jìn)展和應(yīng)用 795 13.4 非線性光學(xué) 800 13.4.1 光學(xué)整流 801 13.4.2 二次諧波產(chǎn)生 802 13.4.3 混頻 804 13.4.4 光的自聚焦 805 習(xí)題 805 附錄A 電磁學(xué)理論 811 附錄B 基爾霍夫衍射理論 815 部分習(xí)題的解答 817