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第一篇3

第一章光学总论3

光学的研究对象3

光的波粒二象性3

麦克斯韦方程4

波动方程和单色平面波5

光子6

光谱学6

现代应用光学7

电光学7

声光学8

导波和集成光学8

光学双稳态性能和光计算机9

非线性光学9

相位共轭光学10

第二章 几何光学11

几何光学11

光线11

光的直线传播定律11

光的独立传播定律11

光速11

折射率12

光的反射和折射定律12

法线线汇13

马吕斯-杜宾定理13

光程13

实像与虚像14

光束14

全反射和临界角14

发光点14

费马原理14

实物与虚物15

理想光具组和共轭点16

物方和像方16

平面反射镜16

平行平面玻璃板17

等光程面17

单球面的折射和符号规定19

光线追迹公式20

近轴光学(高斯光学，一阶光学)20

近轴条件21

近轴物体21

单球面的折射成像22

球面镜成像22

拉格朗日-亥姆霍兹不变量22

同轴光组、基点和基面23

焦点和焦面23

主点和主面24

节点和节面25

焦距27

焦节距28

同轴光组的组合28

高斯公式和牛顿公式29

主光轴和辅助光轴30

成像作图法30

平行光线法31

倾斜光线法33

光焦度(折射本领)、屈光度35

横向放大率37

轴向(纵向)放大率38

角度放大率38

三种放大率之间的关系38

透镜39

薄透镜和厚透镜39

光心40

物像性质的图解法40

同轴光组中虚物和虚像的判断41

高斯公式的列线图解42

孔径光阑43

光阑43

视场光阑44

入射光瞳和出射光瞳44

主光线和边部光线45

视场和渐晕45

遮闪光阑45

入射窗和出射窗46

光线追迹的作图法46

子午光线与不交轴光线47

近轴光学中的矩阵方法47

折射矩阵、平移矩阵和系统矩阵48

高斯常数49

物像矩阵50

像差50

彗差51

球差51

像散和场曲52

畸变53

色差54

第三章 干涉和衍射55

波的叠加原理55

波的干涉55

光的相干条件55

相干光源56

线偏振光产生干涉的条件56

分波阵面干涉仪——杨氏实验56

菲涅耳双反射镜57

菲涅耳双棱镜58

薄膜干涉59

洛埃镜59

等倾条纹60

劈尖膜产生的条纹——等厚条纹61

牛顿环62

迈克耳孙干涉仪62

迈克耳孙-莫雷实验64

特外曼-格临干涉仪64

多光束干涉65

法布里-珀罗干涉仪(标准具)67

干涉条纹的锐度68

分辨性的瑞利判据69

分辨本领70

自由光谱范围71

夫琅和费衍射和菲涅耳衍射72

惠更斯-菲涅耳原理72

光的衍射72

夫琅和费单缝衍射73

单缝衍射的光强分布74

多缝夫琅和费衍射75

衍射光栅77

衍射光栅的光强度分布78

闪耀光栅81

衍射光栅的分辨本领、角色散和自由光谱范围82

第四章 偏振84

自然光——非偏振光84

反射和折射引起的偏振(布儒斯特定律)84

方解石中的双折射85

单轴晶体中的波面——惠更斯作图法87

单轴晶体的折射率87

双折射起偏器89

尼柯耳棱镜89

格兰-傅科起偏器90

格兰-汤普逊起偏器90

渥拉斯顿棱镜90

二向色性与人造偏振片91

检偏器92

马吕斯定律92

推迟器(晶片)92

从晶片出射的合波93

波片、λ/4波片、半波片、全波片93

圆起偏器95

补偿器95

偏振光的干涉96

显色偏振97

光弹性应力分析98

克尔电光效应、克尔光闸98

泡克耳斯效应、泡克耳斯盒99

磁场中的人为双折射101

第五章 辐度学及光度学102

辐射能量和通量102

光谱量和非光谱量102

辐度量和光度量103

辐射(发光)强度105

辐亮度(光亮度)106

辐照度(光照度)107

辐射能(光能)密度107

黑体辐射的光谱分布(普朗克辐射定律)108

黑体108

绝对黑体辐射：斯忒藩-玻尔兹曼定律108

黑体辐射的近似光谱分布(维恩近似和瑞利-金斯近似)109

维恩位移定律111

黑体辐射的归一化光谱分布函数111

黑体辐射的归一化积分光谱分布函数112

光量子辐射理论113

黑体光亮度114

黑体辐射的光效能115

作为辐射参数的温度115

黑体辐射的色品116

辐射比117

吸收比118

基尔霍夫定律119

反射比120

双向光谱反射比分布函数121

部分反射比121

反射比因数123

反射比的倒易性123

漫射反射比124

规则(镜面)反射比125

透射比126

光反射比和透射比127

(光)亮度因数128

吸收比、透射比和反射比之间的关系128

热光源130

气体放电光源130

第六章 光源130

激光光源132

太阳133

月亮和行星134

光的主基准135

白炽灯136

电弧138

低压汞灯139

高压汞灯141

超高压汞灯142

低压钠灯143

高压钠灯144

金属卤化物灯146

氙灯149

脉冲灯150

原子光谱灯152

场致发光屏152

发光二极管153

第七章 色度学154

色154

色度学154

孔色155

明度、色调和饱和度155

加色156

减色157

牛顿色盘157

假同色和真同色158

CIE 1931标准色度观察者158

CIE 1931色度图159

视觉信号表面色161

CIE 1976(L*?*υ*)空间161

CIE 1964补充标准色度观察者162

标准施照体164

反射率标准165

照明条件和观测条件165

颜色的度量165

色度仪器166

第八章 光谱学168

辐射168

发射本领168

吸收本领168

黑体辐射流密度169

经典阻尼振子170

经典自由振子170

电偶极子171

多极矩171

偶极辐射172

偶极辐射频谱173

偶极辐射吸收174

自发发射175

受激发射175

受激吸收176

爱因斯坦关系176

偶极矩矩阵元177

跃迁几率177

振子强度178

自吸收179

辐射和吸收功率179

共振陷禁180

光谱线的自然宽度180

光谱线的多普勒宽度181

碰撞展宽182

斯塔克展宽183

玻尔原子模型及原子谱线系184

光谱项及其符号(不包括自旋)185

选择定则185

包括自旋的原子能级的光谱项符号186

正常塞曼效应186

光谱线精细结构187

光谱线的超精细结构187

同位素超精细结构187

亚稳态188

核矩超精细结构188

禁戒谱线189

分子光谱189

分子转动光谱190

分子振动光谱191

电子光谱192

分子光谱的谱带支193

分子喇曼光谱194

激子光谱194

激光饱和吸收光谱195

双光子吸收光谱196

光声光谱197

人眼的构造199

第九章 眼睛和视觉199

视轴200

角膜200

前房201

瞳孔202

晶状体203

玻璃体203

眼球赤道线和子午线204

眼球光学媒质的透射光谱204

视网膜204

视觉过程205

示意眼206

简约眼208

眼的调节209

眼的反射像210

方向灵敏度211

眼的像差211

视觉213

视角213

视力214

辨别阈值215

空间频率特性216

截止频率217

对比感受性218

多通道模型218

视野219

适应220

视网膜光照度221

色觉机制222

色觉的信息处理223

立体视觉224

辐辏226

感受野226

X细胞、Y细胞和W细胞227

屈光异常227

不等像视现象228

老视眼228

眼镜的顶点屈光力228

用于近视和远视的眼镜229

散光眼镜229

临界闪光频率230

时间总和和空间总和230

光纤231

第十章 光导纤维光学231

单模光纤232

多模光纤232

阶跃光纤233

梯度光纤233

石英光纤234

多组分玻璃光纤234

塑料光纤234

红外光导纤维235

紫外光导纤维235

有源光导纤维235

自聚焦光导纤维235

导光缆236

传像束236

传光束236

纤维镜238

纤维板238

子午射线238

歪斜射线239

受导射线239

不受导射线240

泄漏射线240

横电波模式240

横磁波模式241

混合模式241

筒并模式242

特征频率242

数值孔径243

受光角243

光纤散射损耗244

光纤吸收损耗245

光纤端面的反射损耗245

模色散246

材料色散247

光脉冲加宽247

光纤传输带宽248

冲击响应及上升沿249

脉冲的半宽度250

均方根脉宽250

光纤传递函数251

光纤带宽能力252

直接耦合252

光纤传感器253

透镜耦合253

光纤通信254

第十一章 大气的光学性质255

大气255

大气结构255

电离层256

典型的大气模型257

均匀混合气体的浓度258

气溶胶的分布258

布格尔定律259

光谱吸收率和光谱透射率259

吸收函数和透射函数260

衰减系数261

气溶胶散射系数和吸收系数262

分子散射系数和吸收系数262

分立谱线的吸收263

大气路程透射率264

散射和吸收系数数据264

内插程序265

低分辨率大气透射率265

大气窗口区域的连续吸收267

频带模型法概述272

透射率的强谱线近似和弱谱线近似273

经验透射率函数274

等效常压路程和吸收总量274

分子吸收的等效海平面路程长275

氮连续吸收区(4?m)的等效海平面路程长280

水蒸气连续吸收的等效海平面路程长282

分子散射的等效海平面路程长284

气溶胶消光的等效海平面路程长286

等效路程图的使用方法287

预测图的说明和使用方法288

臭氧吸收的等效海平面路程长290

低分辨率透射率的计算精度292

透射和反射的天空辐射率293

大气的红外发射297

大气的折射效应299

云雾对大气辐射的影响301

吸收剂浓度303

第十二章 水的光学性质306

若干关系式(辐射率与辐照度间的几何联系)306

海洋光学的三个基本量308

海洋中颗粒性物质309

瑞利理论310

起伏理论310

海水折射率和色散312

梅氏理论312

体积散射函数314

散射光的偏振319

总入射辐射的频谱分布320

直接辐射的反射率322

漫辐射的反射率322

总辐射的反射率323

波浪对反射率的影响323

漫反射系数的概念323

海表面的折射324

海面辐射率与辐照度的变化325

散射光的简单积分325

向下辐照度与太阳高度的关系327

标量辐照度328

辐射传输方程329

目标表观辐射率的实测公式331

钱德拉塞卡方法332

蒙特-卡罗方法333

向上和向下辐照度的关系333

辐射率分布的渐近状态334

实测辐射率分布335

实测辐射率衰减系数336

单位长度准直光束透射率337

辐照度衰减系数341

向下辐照度的实测结果342

向上辐照度的实测结果344

实测标量辐照度345

对比度346

场辐射率的能见度348

第十三章 傅里叶光学基础、全息术349

空间频率349

复振幅350

正弦光栅351

正弦光栅衍射的特征351

傅里叶频谱面352

透镜的位相变换353

傅里叶变换355

卷积357

相关358

点扩展函数359

光学传递函数359

阿贝成像原理361

空间滤波361

相干光学处理系统362

位相反衬法363

分色滤波(θ调制)364

图像加减法365

除法滤波器366

全息照相原理366

全息照相的记录、再现和特点367

全息显微术369

全息干涉计量术369

体积全息369

全息信息存储370

全息透镜371

全息光栅371

复合全息372

傅里叶全息图373

匹配滤波器374

特征识别375

散斑376

散斑的形成377

激光散斑的统计性质377

散斑照相术378

散斑术的应用379

光与物质相互作用的三个过程383

第十四章 激光383

激光383

玻尔兹曼分布律385

粒子数的反转分布386

泵浦过程386

三能级系统387

四能级系统388

泵浦的量子效率389

荧光量子效率389

三能级系统的速率方程390

四能级系统的速率方程391

激光的速率方程理论392

自发辐射的经典理论393

光与物质相互作用的经典理论394

光与物质相互作用的半经典理论395

量子电偶极矩的运动方程396

激光振荡的拉姆理论398

光与物质相互作用的全量子理论400

激光的全量子理论400

光学谐振腔的类型401

光学谐振腔的模式403

光学谐振腔的作用404

光学谐振腔的费涅尔数405

光学谐振腔的g参数405

光学谐振腔的损耗405

单程损耗因子406

损耗速率406

元源谐振腔线宽407

光子的平均寿命407

谐振腔的Q值407

用于光学谐振腔的几何光学理论408

光线传输的矩阵表示408

腔内光线往返传播的矩阵表示410

共轴球面腔的稳定性条件410

稳定图411

稳定性判别法412

衍射积分方程412

平行平面腔模的迭代解413

稳定球面腔的模式414

高斯光束416

谐振频率417

模体积418

基模远场发散角419

高斯光束的q参数420

高斯光束在自由空间的传播420

高斯光束的透镜变换421

高斯光束的聚焦421

高斯光束的准直422

非稳腔423

非稳腔的共轭像点423

非稳腔的自再现波型424

非稳腔的几何放大率425

非稳腔的能量损耗率426

连续激光器426

吸收截面427

吸收系数427

增益系数428

小信号增益429

增益饱和429

均匀展宽的增益饱和429

烧孔效应430

阈值条件432

稳定振荡条件433

模式竞争433

空间烧孔效应434

连续激光器的输出功率435

最佳透射率436

拉姆凹陷436

单模激光器的线宽极限437

频率牵引效应438

脉冲激励过程439

脉冲激光器439

阈值泵浦能量440

输出能量441

驰豫振荡效应442

固体激光器443

固体激光器的基本结构444

红宝石激光器445

YAG激光器446

钕玻璃激光器447

气体激光器448

气体激光器的基本结构448

气体激光器的激励449

二氧化碳激光器451

氦氖激光器451

氩离子激光器453

氮分子激光器454

准分子激光器454

半导体激光器456

P-N结注入式半导体激光器的工作原理457

同质结半导体激光器461

单异质结半导体激光器461

双异质结半导体激光器461

电子束激励半导体激光器462

分布反馈式半导体激光器462

染料激光器463

染料分子的能级图464

脉冲泵浦染料激光器466

连续波染料激光器467

染料激光器的调谐468

液体激光器469

化学激光器470

气动激光器473

色心激光器474

Q开关技术476

Q开关原理477

Q开关激光器的峰值功率478

巨脉冲能量479

转镜Q开关479

染料Q开关480

电光晶体Q开关481

脉冲透射式Q开关483

声光Q开关483

激光放大484

长脉冲激光放大器理论(连续激光放大器理论)486

脉冲激光放大器理论487

注入放大技术488

模式选择技术490

横模选择技术490

纵模选择技术491

激光稳频492

频率稳定性、复现性493

拉姆凹陷稳频494

双频稳频激光器495

饱和吸收稳频496

锁模技术497

锁模原理498

自锁模499

内调制锁模500

被动锁模501

脉冲碰撞锁模503

第十五章 光学调制505

光学调制505

光幅度调制506

光频率调制和相位调制506

光强度调制508

光脉冲调制508

电光调制器509

纵向调制器509

横向调制器511

电光相位调制器512

克尔电光调制器513

声光效应514

声光调制515

声光材料517

磁光调制518

直接调制518

第十六章 非线性光学520

各向异性晶体520

各向异性介质的极化率520

各向异性介质中的介电张量521

恒定能量椭球面522

各向异性介质中的场方程522

单色平面电磁波在晶体中的结构523

折射率椭球(光率体)525

单轴晶体的折射率椭球525

折射率曲面526

非线性极化528

非线性极化系数528

三波混频528

密勒规则529

有效非线性极化系数529

非线性介质中的波动方程529

三波混频耦合波振幅方程530

Manley-Rowe关系531

光学倍频531

相位匹配532

相位匹配方法533

非共线匹配534

光学和频与差频536

光学参量放大和振荡效应537

产生二次非线性效应的工作物质538

四波混频效应539

受激喇曼散射540

受激布里渊散射541

强光自聚焦542

光学相位共轭效应543

第二篇光学发展简史及光学家简介547

第一章 光学发展简史547

一、几何光学基础的奠定547

二、光的微粒说与波动说之争550

三、光的电磁理论的发展553

四、量子光学的建立555

五、激光由来与激光器的问世559

六、现代光学的发展563

第二章 光学大事年表581

第三章 光学家简介581

墨翟581

阿勒哈森581

沈括582

赵友钦583

伽利略583

斯涅耳584

笛卡尔584

费马585

开普勒585

格里马耳迪586

孙运球586

惠更斯587

胡克587

牛顿587

布拉德莱588

杨氏·托马斯589

马吕斯589

郑复光590

夫琅和费590

菲涅耳591

傅科591

邹佰奇592

麦克斯韦592

李普曼593

伦琴593

迈克尔孙594

赫兹595

普朗克595

爱因斯坦596

劳厄597

玻尔597

译尼克598

喇曼599

饶毓泰599

瓦维洛夫600

康普顿601

塔姆601

严济慈602

吴有训602

加伯603

赵忠尧603

卡斯特勒604

龚祖同604

切伦科夫604

弗兰克605

拉姆605

王大珩606

汤斯607

普罗霍洛夫607

瑟巴608

布隆伯根608

巴索夫609

肖洛609

恰范610

第三篇实验技术613

第一章 光学实验方法基础613

一、实验室常用光源613

1.白炽灯613

2.气体放电光谱管614

3.钠光灯和水银灯615

4.激光器617

二、透镜、平面镜、反射棱镜及透镜-针孔滤波器618

1.透镜618

2.平面反射镜621

3.反射棱镜622

4.透镜-针孔滤波器623

1.分光系统的性能参量624

三、分光624

2.棱镜分光系统630

3.光栅分光系统632

4.干涉分光系统635

四、波长的测量638

1.单色仪的定标639

2.摄谱仪的波长内插法642

3.在干涉仪上用精密小数法测波长643

五、光源发光强度和光谱能量分布的测量645

1.光强度和光照度的测量645

2.光源的光谱能量分布的测量650

六、偏振光的分析和偏振度的测量657

1.偏振器的透射比、偏振度和消光比657

2.偏振光的分析659

3.巴俾涅补偿器和萨伐尔板661

4.偏振度的测量663

七、折射率和色散的测量664

1.测角法665

2.浸液法666

3.干涉法667

4.光度法669

八、光速的测量672

1.旋转齿轮法674

2.旋转棱镜法675

3.克尔盒法676

4.声光调制法677

6.激光测速法、光速的标准值679

5.微波谐振腔法679

第二章 几何光学仪器683

一、放大镜683

二、显微镜683

三、望远镜684

四、照相机686

五、幻灯机和电影放映机687

六、棱镜光谱仪688

第三章 光电探测689

一、光电探测器的性能参数689

1.量子效率690

2.截止波长691

3.响应度691

5.响应时间692

4.光谱响应692

6.频率响应693

7.等效噪声功率693

8.探测度694

9.光电探测器的噪声695

二、光电探测器的分类696

1.热电探测器696

2.光电探测器703

三、几种常用的光电探测器711

1.光电倍增管711

2.光电池713

3.耗尽层光电二极管714

4.雪崩光电二极管716

一、卤化银感光材料及其结构718

第四章 光敏材料718

1.感光材料及其结构719

2.感光乳剂719

3.卤化银720

4.明胶721

5.片基721

6.附加层721

二、卤化银感光材料的物理特性722

1.曝光密度722

2.互易律723

3.感光材料特性曲线723

4.感光度724

5.反差725

6.宽容度725

8.颗粒度726

7.感色性726

9.解相力和清晰度727

10.灰雾728

三、成像过程728

1.卤化银的光化学反应728

2.潜影及其生成过程729

3.化学增感729

4.化学增感730

5.显影处理731

四、彩色感光材料733

1.色彩三基色原理733

2.加色法734

3.减色法734

4.多层彩色胶片的结构及彩色生成735

五、光致变色材料736

1.光致变色材料737

2.感光树脂738

第五章 光学薄膜和滤光片739

一、滤光片的一般理论739

1.光谱透射率 光谱反射率 光密度739

2.表面反射损失 内透射率742

3.平面平行滤光片组合的透射率743

4.组合式反射滤光片744

二、吸收滤光片745

1.有关吸收的定律745

2.颜色玻璃滤光片746

3.其他固体、液体和气体吸收滤光片(器)748

4.薄膜吸收滤光片749

三、光学干涉薄膜751

5.中性密度滤光片751

1.计算方法752

2.单层薄膜755

3.增透射膜759

4.高反射膜765

四、干涉滤光片769

1.法布里-珀罗干涉滤光片770

2.带通滤光片774

3.截止滤光片777

第六章 光学材料的性质779

一、光学玻璃779

二、可见光谱区玻璃780

三、红外材料781

四、紫外材料781

七、光纤玻璃材料782

五、耐辐射防辐射光学玻璃782

六、有色光学玻璃782

八、光学塑料783

九、反射镜面材料783

十、光学胶合剂783

十一、电光材料784

第四篇数据与图表787

一、光学量的常用基本图表787

4-1 用光谱辐亮度L·λ表示基本辐变量和光度量788

4-2 标准术语和符号790

4-3 非法定的标准术语和符号790

4-4 基本辐射度量和光度量的名称、符号和单位791

4-7 光亮度单位793

4-5 表面光通量密度单位793

4-6 光照度单位的换算793

4-8 光亮度的换算系数794

4-9 光密度-透射率表795

4-10 国产几种白炽灯的参数800

4-11 低压水银荧光灯的主要参数801

4-12 几种高压水银荧光灯的参数802

4-13 紫外线高压汞灯规格802

4-14 几种固体激光器用脉冲灯的规格803

4-15 光谱三刺激值和色度坐标803

4-16 光谱三刺激值和色度坐标(CIEl964补充标准)806

4-17 CIE标准施照体A、B、C和D65的相对光谱辐照度分布808

4-18 元素的电子组态和基项812

4-19 玻璃光纤芯料配方816

4-20 玻璃光纤涂层料配方817

4-21 用于计算大气光学性质的大气模型818

4-22 均匀混合气体的浓度824

4-23 气溶胶模型：晴朗和阴云型大气的垂直分布825

4-24 气溶胶的复折射率n-n′i，n为实部，n′为虚部(吸收)826

表4-25 常用激光波长827

表4-26 每km大气衰减系数与高度的关系(对每一种激光波长，每一种大气模型)828

表4-27 海洋光学中的常用术语852

表4-28 海洋光学常用术语、符号对照856

表4-29 晴天辐射率分布857

表4-30 阴天辐射率分布864

表4-31 晴天辐射率衰减系数K值869

表4-32 阴天辐射率衰减系数K值876

表4-33 光谱漫射衰减系数Kd和Ku(对三种水光谱分辨率5.6nm)881

表4-34 光谱幅照度反射比(对两种水、光谱分辨率5.6nm)883

表4-35 “清洁”水光学性质的实验数据与计算值884

表4-36 声光材料及其物理性能889

二、换算因子890

表4-37 分数英寸换算力小数英寸和毫米890

表4-38 毫米换算为小数英寸892

表4-39 小数英寸换算为毫米893

表4-40 长度894

表4-41 面积896

表4-42 体积897

表4-43 压强898

表4-44 力899

表4-45 力矩900

表4-46 质量901

表4-47 速度902

表4-48 加速度904

表4-49 度、分、秒换算为弧度906

表4-50 弧度换算为度、分、秒909

表4-51 分、秒、分数化为小数的当量值910

表4-52 平均太阳时913

表4-53 密度—透射率(比)914

三、物理量单位和常数量917

表4-54 国际制基本单位和辅助单位917

表4-55 国际制导出单位917

表4-56 具有专门名称的非国际单位制单位920

表4-57 物理常数921

主要参考文献923

外文索引927