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序言1

第一章光的电磁场理论1

1.1 电磁场1

1.麦克斯韦方程组 边界条件1

2.物质方程3

3.电磁场的能量定理4

4.电磁场理论的完备性7

1.2 波动方程 光速 麦克斯韦公式10

1.3 标量波动方程13

1.平面波13

2.球面波15

3.平面谐波16

4.相速和群速18

1.4 光的矢量性22

1.一般平面电磁波22

2.平面谐电磁波 偏振态24

1.5 平面波的反射和折射28

1.反射和折射定律28

2.菲涅耳公式33

3.反射下的相变 关于半波损失问题40

4.全反射时的瞬逝波 古斯-汉欣效应43

习题49

第二章电偶极子的场 极化和色散理论51

2.1 引言51

2.2 电偶极子的场51

1.矢势和标势51

2.推迟势55

3.赫兹矢量60

4.电偶极子的场61

2.3 介质极化的基本理论65

1.极化率65

2.有效场66

3.罗仑兹-罗仑茨公式69

2.4 色散的基本理论73

1.罗仑兹色散模型73

2.亥姆霍兹方程 塞耳迈尔和科希公式79

习题80

第三章几何光学的基本原理82

3.1 几何光学近似82

3.2 光程函数方程82

3.3 光线和光线方程85

3.4 光线的微分方程及其应用90

3.5 自聚焦光纤 自聚焦棒透镜96

3.6 光矢量表述的反射和折射定律100

3.7 几何光学的其他基本原理102

习题104

第四章光学成像的几何理论106

4.1 引言106

4.2 哈密顿特征函数和光程函数106

1.点特征函数107

2.混合特征函数110

3.角特征函数114

4.折射球面的角特征函数的近似形式116

5.反射球面的角特征函数的近似形式122

4.3 无像散成像 理想成像124

1.绝对仪器的成像定理125

2.绝对仪器的例子——“鱼眼”133

3.面的理想成像136

4.4 理想光学系统理论——高斯光学138

1.基点 基面 放大率138

2.光学系统的分类144

3.组合光组146

4.5 球面和透镜150

1.折射球面150

3.厚透镜154

2.反射球面154

4.薄透镜158

5.拉格朗日-亥姆 霍兹 公式160

4.6 广角光束的无像散成像162

1.正弦条件164

2.赫歇尔条件166

4.7 色差167

4.8 光阑和光瞳173

4.9 光线追迹175

1.斜子午光线追迹176

2.近轴光线追迹179

习题181

第五章像差的几何理论183

5.1 引言183

5.2 波像差和光线像差 像差函数184

5.3 赛德耳变量 微扰程函189

5.4 五种初级像差195

5.5 初级像差的相加定理205

5.6 一般共轴透镜系统的初级像差208

1.用两条近轴光线来表示的赛德耳公式208

2.用一条近轴光线来表示的赛德耳公式215

5.7 一个薄透镜的初级像差217

5.8 共轴透镜系统的色差221

5.9 双胶合透镜的设计225

1.单薄透镜的基本像差参量226

2.双胶合薄透镜的基本像差参量233

习题244

第六章干涉理论基础245

6.1 引言245

6.2 两束单色波的干涉246

6.3 双光束干涉 分波法250

1.杨氏实验250

2.菲涅耳双面镜和其他类似装置252

3.准单色光与白光255

6.4 缝光源 干涉条纹的可见度256

6.5 迈克耳逊星球干涉仪259

6.6 驻波266

6.7 双光束干涉 分幅法272

1.平行平面板的干涉条纹 等倾干涉272

2.薄膜的等厚干涉 牛顿环274

3.条纹的定域277

4.迈克耳逊干涉仪284

5.光纤旋转传感器——光纤陀螺285

6.相干长度和相干时间 部分相干光288

1.平行平面板的多光束干涉条纹294

6.8 多光束干涉294

2.法布里-珀罗干涉仪分辨率302

6.9 多光束干涉的矩阵处理——多层介质膜理论干涉滤光片310

习题321

第七章衍射理论基础326

7.1 引言326

7.2 惠更斯-菲涅耳原理327

7.3 基尔霍夫衍射理论334

7.4 夫琅和费衍射346

1.矩孔和狭缝346

2.圆孔349

3.其他形式的孔353

7.5 衍射光栅356

1.衍射光栅原理356

2.闪烁光栅 阶梯光栅364

7.6 菲涅耳衍射367

1.菲涅耳圆孔衍射 波带片367

2.直边菲涅耳衍射369

7.7 傅立叶变换在衍射上的应用 空间滤波 相衬显微镜375

7.8 光学成像系统的频谱分析 光学传递函数381

7.9 全息术394

习题397

第八章晶体光学400

8.1 引言400

8.2 各向异性介质的张量描述400

8.3 相速度和光线速度404

8.4 光在晶体中传播的菲涅耳公式 对偶规则407

8.5 决定传播速度和振动方向的作图法411

8.6 晶体的光学分类416

8.7 光在单轴晶体中的传播 离散角公式418

8.8 光在双轴晶体中的传播423

8.9 晶体的双折射 锥形折射426

8.10 尼科耳棱镜和格兰棱镜 λ/4波片431

8.11 用晶片产生的干涉图437

8.12 应力双折射441

8.13 电光效应 电光开关445

8.14 磁光效应 双稳态磁光开关448

习题453

第九章光放大原理和激光器455

9.1 引言455

9.2 黑体辐射腔内的模 普朗克公式456

9.3 爱因斯坦的热辐射理论 受激辐射459

9.4 光谱线的宽度463

9.5 光在激活介质中的放大 增益曲线468

9.6 光学共振腔的模式理论470

9.7 激光振荡的阈值条件 选模477

9.8 Q突变和锁模技术481

9.9 各种激光器484

1.气体激光器484

2.固体激光器486

3.染料激光器488

4.半导体激光器488

5.新型激光器的进展491

习题493

10.1 引言495

第十章非线性光学理论基础495

10.2 非线性介质的张量描述498

10.3 有效极化率503

10.4 耦合振幅方程505

10.5 位相匹配512

10.6 倍频和参量振荡518

10.7 受激拉曼散射524

10.8 光位相共轭原理及其应用526

习题532

参考文献532