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绪论1

第一章光波的基本性质5

1-1 电磁场基本方程5

1-1-1 麦克斯韦方程5

1-1-2 物质方程6

1-1-3 电磁场的能量定律6

1-1-4 波动方程7

1-2 标量波7

1-2-1 平面波7

1-2-3 谐波10

1-2-2 球面波10

1-2-4 相速度和群速度12

1-3 矢量波15

1-3-1 一般的电磁平面波15

1-3-2 谐电磁平面波17

1-3-3 椭圆偏振光各参量之间的关系20

1-4 复杂波的傅里叶分析23

1-4-1 傅里叶级数和傅里叶变换23

1-4-2 三种波的傅里叶变换27

1-5 平面波的反射和折射31

1-5-1 边界条件31

1-5-2 反射定律和折射定律34

1-5-3 菲涅耳公式36

1-5-4 反射率和透射率40

1-5-5 反射和折射时的偏振45

1-5-6 在垂直入射和掠入射情况下反射光的相位跃变47

1-5-7 线偏振光入射角不为零或π／2时反射光振动面的旋转50

1-5-8 全反射50

1-6 多普勒效应56

第二章双光束的干涉68

2-1 两束光的干涉68

2-1-1 两束光的干涉现象68

2-1-2 两束光干涉的光强公式69

2-1-3 光程差和位相差70

2-1-4 极值光强的条件和条纹间距72

2-1-5 干涉条纹的光强分布和条纹的可见度72

2-1-6 原子发光的特点和获得相干光的方法73

2-2 双缝干涉76

2-2-1 双缝干涉的光程差和位相差76

2-2-2 亮暗条纹的位置77

2-3 驻波78

2-4 薄板的干涉80

2-4-1 点光源的干涉80

2-4-2 使用扩展光源时干涉条纹的定域82

2-4-3 等倾干涉83

2-4-4 等厚干涉87

2-5 迈克耳逊干涉仪及其他干涉仪93

2-5-1 迈克耳逊干涉仪93

2-5-2 干涉测长仪95

2-5-3 特外曼-格林干涉仪96

2-5-4 其它干涉装置98

2-6 光源的相干性99

2-6-1 相干长度和时间相干性99

2-6-2 相干时间和谱线宽度间的关系101

2-6-3 空间相干性103

2-6-4 光源尺寸对干涉效应的影响106

3-1-1 多束相干光的获得112

3-1 平行板的多光束干涉条纹112

第三章多光束干涉112

3-1-2 多光束干涉的强度分布113

3-1-3 干涉条纹的特点117

3-2 法布里-珀罗干涉仪118

3-2-1 干涉仪的结构118

3-2-2 法布里-珀罗干涉仪的特性119

3-2-3 法布里-珀罗干涉仪应用举例124

3-3 单层光学膜126

3-3-1 光学膜的作用126

3-3-2 单层膜的反射率127

3-4-1 γ／4膜系多层高反射膜131

3-4 多层光学膜131

3-4-2 干涉滤光片136

3-4-3 冷光镜138

3-4-4 偏振薄膜139

3-4-5 光学膜的制备及测量140

第四章光的衍射146

4-1 惠更斯-菲涅耳原理146

4-1-1 衍射现象的主要特点146

4-1-2 惠更斯-菲涅耳原理147

4-2 标量衍射理论基础150

4-2-1 数学予备知识150

4-2-2 平面屏幕衍射的基尔霍夫理论152

4-2-3 平面屏幕衍射的瑞利——索末菲理论156

4-3 夫琅和菲单缝衍射158

4-3-1 衍射光强的计算158

4-3-2 对光强分布公式的分析161

4-3-3 巴俾涅定理163

4-4 夫琅和菲圆孔衍射164

4-4-1 衍射光强的计算164

4-4-2 理想光学系统的分辨本领167

4-5 夫琅和菲双缝和多缝衍射172

4-5-1 双缝的干涉和衍射172

4-5-2 多缝的干涉和衍射175

4-6-1 平面衍射光栅179

4-6 衍射光栅179

4-6-2 炫耀光栅184

4-6-3 光栅摄谱仪186

4-6-4 光栅和法布里-珀罗干涉仪分光性能的比较188

4-6-5 超声光栅189

4-7 菲涅耳衍射194

4-7-1 圆孔衍射194

4-7-2 圆屏衍射199

4-7-3 直边衍射200

4-7-4 波带片203

4-8-1 什么是全息照相206

4-8 全息照相206

4-8-2 全息照相的基本原理207

4-8-3 全息照相的特点和应用举例217

第五章光的吸收、色散和散射222

5-1 光和物质相互作用的经典理论222

5-1-1 麦克斯韦电磁理论的困难222

5-1-2 谐振子的自由振动223

5-1-3 谐振子的阻尼振动225

5-1-4 谐振子的受迫振动227

5-1-5 折射率和极化率228

5-2-1 一般吸收和选择吸收230

5-2 光的吸收230

5-2-3 固体和液体的吸收233

5-2-2 气体的吸收233

5-3 光的色散234

5-3-1 正常色散234

5-3-2 反常色散236

5-3-3 色散现象的解释237

5-4 光的散射238

5-4-1 光的散射现象238

5-4-2 分子散射的特点239

5-4-3 米氏散射的特点242

6-1-1 张量244

第六章晶体光学244

6-1 光学各向异性性质244

6-1-2 各向异性媒质的介电张量247

6-2 单色平面电磁波在各向异性晶体中的结构249

6-2-1 各向异性晶体中的电磁场方程249

6-2-2 单色平面电磁波在晶体中的结构252

6-3 晶体光学特性的几何表示257

6-3-1 折射率椭球(光率体)257

6-3-2 折射率曲面和波矢曲面267

6-3-3 射线曲面-波面271

6-4-1 光在晶体中的双折射和双反射现象-惠更斯作图法272

6-4 平面光波在晶体表面上的反射和折射272

6-4-2 光在各向异性媒质界面上的反射定律和折射定律274

6-4-3 斯涅耳作图法275

6-4-4 单轴晶体双折射的几个特例275

6-4-5 全反射277

6-5 偏振器和补偿器278

6-5-1 偏振器278

6-5-2 补偿器284

6-6 光通过由双折射片隔开的两个偏振器后的干涉286

6-6-1 平行光束垂直通过晶片286

6-6-2 会聚(发散)光束通过晶片290

6-7-1 晶体定向296

6-7 晶体定向 主折射率测定色散 温度对折射率的影响296

6-7-2 主折射率的测定297

6-7-3 色散299

6-8 旋光性301

6-8-1 旋光现象301

6-8-2 对旋光现象的解释302

6-8-3 石英晶体中的波面和光的振动形式304

6-8-4 旋光晶体的双折射305

第七章电光效应和磁光效应311

7-1 引言311

7-2 克尔效应312

7-3-1 线性电光系数313

7-3 线性电光效应-普克尔效应313

7-3-2 晶体对称性对电光张量对独立分量数目的限制314

7-4 电光晶体的纵向运用和横向运用320

7-4-1 KDP类晶体的纵向运用和横向运用320

7-4-2 LiNbO3晶体的纵向运用和横向运用329

7-4-3 GaAs类晶体(43m点群)的电光效应335

7-5 电光效应的应用338

7-5-1 电光调制338

7-5-2 电光偏转340

7-6 近轴电光延迟和近轴调制性能341

7-7 法拉第效应及其应用347

Ⅰ-1 二维傅里叶变换350

附录Ⅰ傅里叶光学对衍射问题的处理350

Ⅰ-2 惠更斯-菲涅耳原理的进一步讨论356

Ⅰ-3 夫琅和菲衍射图样的例子361

Ⅰ-4 菲涅耳衍射图样的例子367

附录Ⅱ结晶学基本知识370

Ⅱ-1 晶体的格子构造370

Ⅱ-2 晶体的对称性372

Ⅱ-3 晶体的分类及其表示法373

Ⅱ-4 晶体的定向375

Ⅱ-5 晶体切割实例382