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绪论1

1．光的本性1

2．光源和光谱2

3．光学的研究对象、分支与应用5

第一章几何光学7

1几何光学基本定律7

1.1 几何光学三定律7

1.2 全反射9

1.3 棱镜与色散11

1.4 光的可逆性原理14

思考题15

习题16

2惠更斯原理18

2.1 波的几何描述19

2.2 惠更斯原理的表述19

2.3 对反射定律和折射定律的解释19

2.4 直线传播问题22

思考题23

习题23

3费马原理24

3.1 光程24

3.2 费马原理的表述24

3.3 由费马原理推导几何光学三定律26

习题27

4成像28

4.1 实像与虚像 实物与虚物28

4.2 物方和像方 物与像的共轭性29

4.3 物像之间的等光程性30

4.4 等光程面30

思考题32

习题32

5共轴球面组傍轴成像32

5.1 光在单个球面上的折射33

5.2 轴上物点成像 焦距、物像距公式34

5.3 傍轴物点成像与横向放大率36

5.4 逐次成像37

5.5 拉格朗日-亥姆霍兹定理38

思考题38

习题38

6薄透镜40

6.1 焦距公式40

6.2 成像公式42

6.3 密接薄透镜组43

6.4 焦面44

6.5 作图法44

6.6 透镜组成像46

思考题48

习题49

7理想光具组理论51

7.1 理想成像与共线变换51

7.2 共轴理想光具组的基点和基面52

7.3 物像关系53

7.4 理想光具组的联合55

思考题59

习题59

8光学仪器61

8.1 投影仪器61

8.2 照相机61

8.3 眼睛62

8.4 放大镜和目镜64

8.5 显微镜66

8.6 望远镜68

8.7 棱镜光谱仪68

思考题70

习题70

9光阑71

9.1 孔径光阑 入射光瞳和出射光瞳71

9.2 视场光阑 入射窗和出射窗74

习题76

10像差77

10.1 像差概述77

10.2 球面像差78

10.3 彗形像差79

10.4 正弦条件和齐明点80

10.5 像散和像场弯曲82

10.6 畸变83

10.7 色像差84

10.8 小结88

思考题88

习题88

11光度学基本概念89

11.1 辐射能通量和光通量89

11.2 发光强度和亮度92

11.3 余弦发射体和定向发射体93

11.4 照度94

11.5 光度学单位的定义96

习题98

12像的亮度、照度和主观亮度98

12.1 像的亮度99

12.2 像的照度100

12.3 主观亮度101

思考题102

习题102

第二章波动光学基本原理104

1定态光波与复振幅描述104

1.1 波动概述104

1.2 定态光波的概念105

1.3 复振幅描述106

1.4 平面波和球面波的复振幅107

1.5 强度的复振幅表示108

思考题108

习题108

2波前109

2.1 波前的概念109

2.2 傍轴条件与远场条件（轴上物点）111

2.3 傍轴条件与远场条件（轴外物点）113

2.4 高斯光束116

思考题117

习题117

3波的叠加和波的干涉118

3.1 波的叠加原理118

3.2 波的干涉与相干条件119

3.3 普通光源发光微观机制的特点120

3.4 干涉条纹的衬比度及其与振幅比的关系122

3.5 线性光学系统123

思考题123

习题124

4两个点源的干涉124

4.1 两列球面波的干涉场124

4.2 杨氏实验125

4.3 两束平行光的干涉场128

思考题130

习题131

5光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理133

5.1 光的衍射现象133

5.2 惠更斯-菲涅耳原理135

5.3 巴比涅原理139

5.4 衍射的分类139

思考题140

6菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射141

6.1 实验现象141

6.2 半波带法142

6.3 矢量图解法145

6.4 菲涅耳波带片147

思考题150

习题151

7夫琅禾费单缝和矩孔衍射152

7.1 实验装置和实验现象152

7.2 单缝衍射的强度公式153

7.3 矩孔衍射的强度公式156

7.4 单缝衍射因子的特点158

7.5 衍射反比关系意义的探讨162

思考题163

习题164

8光学仪器的像分辨本领165

8.1 夫琅禾费圆孔衍射165

8.2 望远镜的分辨本领166

8.3 球面波照明条件下像面接收的夫琅禾费衍射168

8.4 显微镜的分辨本领169

思考题171

习题171

9光的横波性与五种偏振态172

9.1 偏振现象与光的横波性172

9.2 偏振片174

9.3 自然光174

9.4 线偏振光175

9.5 部分偏振光176

9.6 圆偏振光176

9.7 椭圆偏振光177

思考题178

习题178

10光在电介质表面的反射和折射菲涅耳公式179

10.1 菲涅耳反射折射公式179

10.2 反射率和透射率180

10.3 斯托克斯的倒逆关系182

10.4 相位关系与半波损问题184

10.5 反射、折射时的偏振现象187

10.6 从电磁理论推导光的反射、折射定律和菲涅耳公式188

10.7 全反射与隐失波191

思考题191

习题192

第三章干涉装置 光场的时空相干性195

1分波前干涉装置 光场的空间相干性195

1.1 各种分波前干涉装置195

1.2 条纹形状与间距198

1.3 干涉条纹的移动199

1.4 光源宽度对干涉条纹衬比度的影响200

1.5 光场的空间相干性203

思考题205

习题206

2薄膜干涉（一）——等厚条纹207

2.1 薄膜干涉概述207

2.2 薄膜表面的等厚条纹209

2.3 楔形薄膜的等厚条纹211

2.4 牛顿圈213

2.5 等厚干涉条纹的观测方法及倾角的影响215

2.6 薄膜的颜色 增透膜和高反射膜217

思考题218

习题220

3薄膜干涉（二）——等倾条纹222

3.1 无穷远的等倾干涉条纹222

3.2 观察等倾条纹时扩展光源的作用224

3.3 薄膜干涉的定域问题225

思考题227

4迈克尔孙干涉仪 光场的时间相干性228

4.1 迈克尔孙干涉仪的结构228

4.2 干涉条纹229

4.3 光源的非单色性对干涉条纹的影响231

4.4 傅里叶变换光谱仪234

4.5 精密测长与长度的自然基准235

4.6 光场的时间相干性237

4.7 光场的相干性小结240

思考题241

习题241

5多光束干涉 法布里-珀罗干涉仪242

5.1 多光束干涉的强度分布公式242

5.2 法布里-珀罗干涉仪的装置和条纹的半值宽度246

5.3 法布里-珀罗干涉仪在光谱学中的应用249

思考题251

习题251

第四章衍射光栅253

1多缝夫琅禾费衍射253

1.1 实验装置和衍射图样253

1.2 N缝衍射的振幅分布和强度分布255

1.3 缝间干涉因子的特点257

1.4 单缝衍射因子的作用259

1.5 复振幅的计算 黑白光栅和正弦光栅260

思考题263

习题264

2光栅光谱仪266

2.1 光栅的分光原理266

2.2 光栅的色散本领和色分辨本领266

2.3 量程与自由光谱范围269

2.4 闪耀光栅269

2.5 棱镜光谱仪的色分辨本领273

思考题274

习题275

3三维光栅——X射线在晶体上的衍射276

3.1 晶体点阵276

3.2 X射线276

3.3 X射线在晶体上的衍射——布拉格条件277

3.4 劳厄相和德拜相281

思考题282

第五章傅里叶变换光学284

1衍射系统的屏函数和相因子判断法284

1.1 衍射系统及其屏函数284

1.2 相因子判断法286

1.3 透镜的作用及其相位变换函数287

1.4 高斯光束经透镜后的变换290

1.5 棱镜的相位变换函数291

习题293

2正弦光栅的衍射293

2.1 空间频率概念293

2.2 正弦光栅295

2.3 正弦光栅的衍射图样295

2.4 正弦光栅的组合297

2.5 任意光栅的屏函数及其傅里叶级数展开299

2.6 过高频信息产生的隐失波302

2.7 对夫琅禾费衍射的再认识303

思考题304

习题304

3阿贝成像原理与相衬显微镜306

3.1 阿贝成像原理306

3.2 空间滤波概念309

3.3 阿贝-波特空间滤波实验310

3.4 相衬显微镜311

思考题313

习题314

4夫琅禾费衍射场的标准形式314

4.1 接收夫琅禾费衍射场的实验装置314

4.2 夫琅禾费衍射积分的标准形式316

4.3 结论和意义317

思考题318

习题318

5傅里叶变换δ函数318

5.1 傅里叶积分变换318

5.2 几种典型函数的频谱320

5.3 傅里叶变换的性质324

5.4 δ函数329

5.5 δ函数的性质331

5.6 δ函数的傅里叶变换331

习题334

6空间滤波和信息处理335

6.1 用夫琅禾费衍射实现屏函数的傅里叶变换335

6.2 相干光学图像处理系统（4F系统）341

6.3 空间滤波实验345

思考题347

习题348

7点扩展函数与光学传递函数349

7.1 光学系统的像质评价问题349

7.2 点扩展函数350

7.3 等晕区内像面与物面上强度分布的卷积关系351

7.4 简谐信息是空不变系统（等晕区）的本征信息352

7.5 光学传递函数354

7.6 传递函数在像质评价上的意义357

7.7 小结358

思考题358

习题358

第六章全息照相360

1 全息照相的过程与特点360

2全息照相的原理363

2.1 惠更斯-菲涅耳原理的实质——无源空间边值定解363

2.2 波前的全息记录364

2.3 物光波前的再现365

2.4 线性和二次相位变换函数的作用368

2.5 体全息369

2.6 小结369

思考题370

习题370

3全息术应用简介372

3.1 全息电影和全息电视372

3.2 全息显微技术372

3.3 全息干涉技术373

3.4 红外、微波及超声全息照相技术373

3.5 全息照相存储技术374

4傅里叶全息图及其应用举例375

4.1 傅里叶全息图375

4.2 特征字符识别375

第七章光在晶体中的传播378

1双折射378

1.1 双折射现象和基本规律378

1.2 单轴晶体中的波面379

1.3 晶体的惠更斯作图法381

1.4 法线速度与射线速度 波法面与射线面383

1.5 折射率椭球386

1.6 双轴晶体387

思考题389

习题390

2晶体光学器件391

2.1 晶体偏振器391

2.2 波晶片——相位延迟片392

思考题394

习题394

3圆偏振光和椭圆偏振光的获得和检验395

3.1 垂直振动的合成395

3.2 圆偏振光和椭圆偏振光的获得398

3.3 圆偏振光和椭圆偏振光通过检偏器后强度的变化399

3.4 通过波晶片后光束偏振状态的变化400

3.5 圆偏振光和椭圆偏振光的检验401

思考题403

习题404

4偏振光的干涉及其应用404

4.1 偏振器间的波晶片405

4.2 显色偏振407

4.3 偏振光的干涉条纹407

4.4 光测弹性408

4.5 克尔效应与泡克耳斯效应409

4.6 会聚偏振光的干涉411

思考题412

习题413

5旋光414

5.1 石英的旋光现象414

5.2 菲涅耳对旋光性的解释416

5.3 旋光晶体内的波面419

5.4 量糖术420

5.5 磁致旋光——法拉第旋转421

思考题423

习题424

第八章光的吸收、色散和散射425

1光的吸收425

1.1 吸收的线性规律425

1.2 复数折射率的意义426

1.3 光的吸收与波长的关系427

1.4 吸收光谱427

习题429

2色散429

2.1 正常色散429

2.2 反常色散431

2.3 一种物质的全部色散曲线432

2.4 经典色散理论432

习题437

3群速437

思考题440

习题440

4光的散射441

4.1 散射与介质不均匀性尺度的关系441

4.2 瑞利散射定律442

4.3 散射光强的角分布和偏振状态443

4.4 拉曼散射444

思考题446

习题446

第九章光的量子性 激光447

1热辐射447

1.1 热辐射的一般特征及辐射场的定量描述447

1.2 基尔霍夫定律449

1.3 绝对黑体和黑体辐射450

1.4 斯特藩-玻尔兹曼定律和维恩位移定律452

1.5 维恩公式和瑞利-金斯公式453

1.6 普朗克公式和能量子假说454

1.7 光源的发光效率456

1.8 光测高温法457

思考题458

习题459

2光的粒子性和波粒二象性460

2.1 光电效应460

2.2 爱因斯坦光子假说与光电效应的解释462

2.3 康普顿效应463

2.4 波粒二象性466

思考题470

习题470

3玻尔原子模型与爱因斯坦辐射理论471

3.1 原子结构经典理论的困难471

3.2 氢原子光谱中的谱线系472

3.3 玻尔假说474

3.4 粒子数按能级的统计分布476

3.5 自发辐射、受激辐射和受激吸收476

3.6 粒子数反转与光放大479

3.7 能级的寿命479

习题480

4激光的产生481

4.1 激光概述481

4.2 激活介质中反转分布的实现482

4.3 增益系数483

4.4 谐振腔的作用485

5激光器对频率的选择488

5.1 由谐振腔决定的纵模间隔和单模线宽489

5.2 由激活介质辐射决定的线宽490

5.3 小结491

6激光的特性及应用492

6.1 激光光束的特性492

6.2 激光的应用494

6.3 光速的测量与长度单位“米”的定义495

6.4 非线性光学效应497