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绪 论1

目录1

4.4.1光驻波 （115

习 题5

第一章 光学成象的几何理论7

§1 点光源，物与象7

1.1.1点光源光线的概念7

4.3.3位相跃变的实验 （18

1.1.2同心光束与球面波8

1.1.3物与象8

§2 光在单球面上的折射成象9

1.2.1符号规则9

1.2.2近轴光线的概念10

1.2.4焦点、焦距、焦面、光焦度11

1.2.3成象的基本公式11

1.2.5小物体的象及放大率13

1.2.6正弦条件和拉格郎日不变式13

§3 共轴球面系统成象的逐次计算，薄透镜14

1.3.1共轴球面系统成象的逐次计算14

1.3.2薄透镜15

§4 共轴球面系统的基点，厚透镜，透镜的组合20

1.4.1共轴球面系统的基点20

4.5.3等倾干涉 （120

1.4.2透镜的组合23

1.4.3厚透镜25

1.5.1球面反射镜28

§5 反射镜28

1.5.2平面反射镜30

1.5.3非球面反射镜31

§6 全反射，纤维光学31

1.6.1 （内）全反射31

1.6.2全反射棱镜32

1.6.3纤维光学32

§7光栏34

1.7.1光栏的概念34

1.7.2有效光栏，入射光瞳，出射光瞳35

1.7.3视场光栏，入射窗，出射窗36

§8 透镜和反射镜的象差36

1.8.1单色象差36

1.8.2 色差40

§9 辐射度量学和光度学的基本概念42

1.9.1辐射度量学的基本概念42

1.9.2光度学的基本概念43

§10通过光学系统的光通量，象的亮度和照度45

1.10.1通过光学系统的光通量45

1.10.2象的亮度46

1.10.3象的照度46

习 题47

第二章 典型光学仪器的原理51

§1 眼的构造的作用51

§2 照相记录53

2.2.1照相机、照相物镜、变焦距照相物镜53

2.2.2照相乳剂55

2.3.1放大镜56

§3 放大镜，显微镜，望远镜及目镜56

2.3.2显微镜57

2.3.3望远镜58

2.3.4目镜60

§4 成象仪器的分辨率61

§5 棱镜光谱仪63

2.5.1棱镜光谱仪的结构和作用原理64

2.5.2棱镜的最小偏向角65

2.5.3棱镜光谱仪的工作光谱区和色散率66

习 题69

第三章 光辐射的经典模型，光的频率、强度和偏振状态71

§1 光辐射的经典模型72

3.1.1孤立静止原子的辐射，球面波与平面波72

3.1.2波的参量74

3.1.3辐射场的能量密度和能流密度75

3.1.4波的复数表示法76

§2 辐射的阻尼，准单色光波77

3.2.1辐射的阻尼77

3.2.2付里叶变换79

3.2.3谱线的自然宽度，准单色光波82

§3 谱线的加宽，振子的连续频率辐射83

3.3.1碰撞变宽（压力变宽）83

3.3.2多普勒变宽85

3.3.3振子的连续频率辐射87

3.4.1光的强度88

§4 光的强度（辐照度），光程88

3.4.2光程89

§5 光的偏振状态89

3.5.1直线（平面）偏振光，90

3.5.2椭园偏振光和园偏振光91

3.5.3自然光和部分偏振光91

习 题92

附录3.1波的复数表示94

附录3.2阻尼振子的运动方程95

附录3.3付里叶级数系数的推导96

附录3.4付里叶级数的复数表示法97

附录3.5非周期函数的付里叶积分98

4.1.1波的迭加100

第四章 光的干涉100

§1 相干性的基本概念100

4.1.2 相干迭加与非相干迭加101

4.1.4光学中相干波的产生103

4.1.3点光源是相干光源103

4.1.5光程差与位相差104

§2 单色点光源的双光束干涉图样，干涉场的能量守恒105

4.2.1单色点光源的双光束干涉图样105

4.2.2干涉场的强度分布与能量守恒107

§3 淮单色扩展光源的干涉，部分相干光，时间相干性与空间相干性108

4.3.1淮单色点光源的干涉，时间相干性110

4.3.2扩展光源的干涉，空间相干性112

§4 光驻波，维纳实验115

4.4.2维纳实验116

§5 薄膜与厚板（等厚和等倾）的干涉……………………………………（117 ）4.5.1单色点光源的干涉117

4.5.2淮单色扩展光源的干涉，干涉条纹的定域118

4.5.4等厚干涉122

4.5.5透射光的干涉123

§6 迈克耳孙干涉仪，长度基准，激光比长仪123

4.6.1迈克耳孙干涉仪123

4.6.2长度基准125

4.6.3激光比长仪126

§7 多光束的干涉，法布里——珀罗干涉仪126

4.7.1多光束的干涉126

4.7.2法布里——珀罗干涉仪129

4.7.3法布里——珀罗干涉仪的特征参量130

习 题133

第五章 光的衍射142

§1 惠根斯——菲涅耳原理143

5.1.1 惠根斯—菲涅耳原理143

5.1.2半波带法145

§2 菲涅耳衍射147

5.2.1园孔的菲涅耳衍射147

5.2.2园屏的菲涅耳衍射148

5.2.3互补光栏，巴俾涅原理149

5.2.4波带片149

5.2.5光的直进性和衍射现象产生的条件150

5.2.6基尔霍夫衍射积分151

§3 夫琅和费衍射151

5.3.1单缝的夫琅和费衍射153

5.3.2夫琅和费衍射场与光瞳函数的付里叶变换155

5.3.3园孔的夫琅和费衍射157

5.3.4行波束的角宽度158

§4 衍射光栅159

5.4.1平面透射光栅159

5.4.2光栅的自由光谱范围、色散率、分辨率、棱镜光谱仪的163

分辨率163

5.4.3闪跃光栅，光栅光谱仪166

5.4.4二维光栅和三维光栅的衍射169

§5 全息术169

§6 空间滤波和光学信息处理174

5.6.1光学成象的付里叶变换与空间频率174

5.6.2相干光学计算机和空间滤波175

5.6.3相衬法和暗场法178

5.6.4软边法（切趾术）180

习 题182

第六章 光在各向同性媒质中的传播187

§1 平面光波在两种透明电介质交界面上的反射和折射190

6.1.1反射与折射时光学现象的分子光学解释192

6.1.2反射与折射的宏观电磁理论193

§2 光的散射199

6.2.1纯净媒质的分子散射199

6.2.2浑浊媒质的散射202

6.2.3拉曼散射（联合散射）203

§3 光的吸收204

§4 光的色散207

6.4.1色散现象207

6.4.2色散的经典理论解释208

§5 金属的光学性质211

§6 薄膜光学213

6.6.1单层介质膜的光学性质213

6.6.2多层介质高反膜215

6.6.3干涉滤光片216

习 题218

附录6.1反射定律、折射定律、菲涅耳公式的推导221

附录6.2相干散射的光强度224

第七章 光在各向异性媒质中的传播226

§1 双折射227

7.1.1双折射现象227

7.1.2双折射的物理解释228

§2 线偏振器，二向色性233

7.2.1双折射线偏振器234

7.2.2二向色性与人造偏振片235

§3 光振动矢量互相垂直的两直线偏振光的干涉，推迟器235

7.3.1 自然光中光振动矢量互相垂直的两直线偏振光的相235

互作用235

振光的干涉，推迟器236

7.3.2 同一偏振光分解的光振动矢量互相垂直的两直线偏236

§4 园偏振器，偏振光的检验，补偿器238

7.4.1 园偏振器238

7.4.2偏振光的检验239

7.4.3补偿器240

§5 光振动矢量互相平行的两直线偏振光的干涉，显色偏振240

7.5.1 正交（相互垂直）线偏振器产生的干涉241

7.5.2平行线偏振器产生的干涉242

§6 外场力作用下形成的各向异性243

7.6.1弹光效应243

7.6.2电光效应244

7.6.3磁场中的双折射247

§7 旋光，法拉弟效应247

7.7.2旋光的菲涅耳解释248

§8 非线性光学250

习题253

§1 光速的测定方法257

第八章 光的速度257

8.1.1 由木星卫星的蚀测定光速257

8.1.2恒星的光行差258

7.7.3法拉弟效应259

8.1.3齿轮法260

8.1.4旋转镜法260

8.1.5克尔盒法261

8.1.6光速的精确值及其意义262

8.1.7运动媒质中光的速度，菲涅耳的以太漂移学说262

§2 相速度和群速度264

§3 在相对运动的惯性系中的光速266

§4 狭义相对论原理273

8.5.2菲索实验，菲涅耳以太漂移学说的解释277

8.5.1光行差的解释277

§5 狭义相对论对相互运动的惯性系中光学现象的解释277

8.5.3纵向多普勒效应的解释278

7.7.1晶体与液体中的旋光现象278

习 题281

附录8.1 洛伦兹变换公式的推导284

第九章 黑体辐射和光量子理论285

§1 黑体辐射285

9.1.1 热辐射，单色辐射度和单色吸收率,基尔霍夫定律285

9.1.2黑体的辐射定律286

9.1.3黑体辐射定律的经典理论解释287

9.1.4 黑体辐射的量子理论289

§2 光电效应291

9.2.1光电效应的实验定律291

9.2.2 光电效应的实验定律与光的波动理论的矛盾293

9.2.3 光的量子理论，爱因斯坦光电效应方程式294

9.2.4光子的能量，质量，动量和角动量295

§3 康普顿效应295

§4光压299

§5 粒子和波300

习题303

附录9.1黑体腔中辐射场模数的计算305

附录9.2 Mλ=c/4ωλ的证明306

第十章 激光308

§1 原子分子的光谱与原子分子的能级308

§2 光的自发辐射，受激吸收和受激辐射313

§3 粒子数的反转分布与激活媒质317

§4谐振腔320

§5 激光的纵模和横模323

习题327

§6 相对论力学简介379