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第一章引言1

1.1．科学图式1

1.6．光与生物科学的关系4

1.9．光与物理学科的关系5

1.10．波或微粒6

1.11．光线6

1.12．干涉和衍射7

1.13．波动理论的发展8

1.14．电磁理论10

1.15．电磁波谱11

1.16．光子12

1.17．相对论14

1.18．近代理论14

1.21．相干性16

习题［1（i）一1（v）］18

第二章波动理论（i）导言19

2.1．基本概念19

2.3．拉紧的弦上的波20

2.5．传播——相速度21

2.7．三维波22

2.8．均匀各向同性媒质23

2.9．波矢量23

2.10．各向同性媒质中的平面波24

2.11．能量和动量的输运24

2.13．波动方程25

2.15．球面波——平方反比定律27

2.16．多普勒－斐索原理28

2.20．用复量表示波动31

习题［2（i）—2（ii）］32

参考文献32

第三章波动理论（ii）正弦波的合成33

3.1．叠加原理33

3.2．线性光学和非线性光学33

3.3．α和ε的矢量表示34

3.4．简谐波的叠加35

3.5．代数法35

3.6．矢量法36

习题［3（i）—3（iv）］37

3.7．复变量计算法38

习题［3（v）—3（viii）］39

3.8．惠更斯原理40

3.11．平面上的反射和折射41

3.13．反射和折射的波动理论43

3.14．球面上的反射和折射：反射镜和透镜45

习题［3（ix）—3（x）］47

3.17．色散47

3.20．驻波49

3.22．光驻波实验51

3.24．反射系数——垂直入射情况53

3.27．光程差55

3.28．波导56

3.29．干涉条纹57

3.30．反射和折射的微粒说58

习题［3（xi）—3（xv）］60

第四章光的有限长波列表示61

4.1．光谱的类型61

4.2．线光谱和连续光谱61

4.3．带光谱62

4.4．红外和紫外辐射62

4.5．吸收光谱62

4.6．原子振子63

4.8．迈克耳孙干涉仪64

4.10．条纹的可见度66

4.15．不规则轮廓的波70

4.17．傅里叶级数72

4.19．傅里叶积分75

4.21．高斯波群77

4.25．谱线宽度81

4.28．波群的传播——群速度84

4.32．光的波群表示87

4.33．白光88

习题［4（i）-4（ix）］89

参考文献91

附录4A傅里叶级数和傅里叶积分定理91

4A.10．截然受限波列的分析98

4A.12．截然受限波带的轮廓99

4A.13．阻尼谐波的能量分布99

4A.14．高斯波群100

4A.15．波群在色散媒质中的传播101

4A.16．功率谱102

4A.17．自相关函数103

4A.18．互相关函数103

第五章干涉105

5.1．光度相加105

5.2．独立光源的相互作用105

5.3．杨氏实验107

习题［5（i）—5（iii）］108

5.4．获得良好可见度的条件108

5.5．相干性110

5.7．一束光的相干性111

5.12．薄膜产生的干涉115

5.14．条纹的可见度117

5.16．条纹是等程差的轨迹119

5.17．等倾条纹120

5.18．等厚条纹120

5.19．牛顿环120

习题［5（iv）-5（xi）］121

5.20．干涉条纹的定域123

5.22．不反射膜125

5.24．高效率反射膜127

习题［5（vii）-5（xiv）］128

5.26．多光束干涉129

5.28．法布里－珀罗干涉仪132

5.29．沟槽光谱132

习题［5（xv）-5（xvii）］133

5.31．叠加条纹133

5.34．消色差条纹135

5.36．消色差条纹系137

5.40．干涉滤光器142

习题［5（xviii）-5（xx）］142

5.42．多层膜的计算机辅助设计144

5.43．激光145

5.44．激光的若干应用147

参考文献148

附录5A相干性149

5A.4．γ12的计算151

5A.5．迈克耳孙测星干涉仪151

5A.7．强度相关干涉仪153

5A.11．相干度的测量154

第六章衍射156

6.1．观察结果的一般特性156

6.3．菲涅耳衍射和夫琅和费衍射157

6.5．惠更斯原理的发展159

6.6．菲涅耳方法161

6.7．菲涅耳带161

6.9．圆孔的菲涅耳衍射163

6.10．圆形障碍物的菲涅耳衍射163

习题［6（i）-6（viii）］165

6.11．夫琅和费衍射166

6.12．衍射光栅166

6.16．二维光栅169

6.17．莫阿条纹170

6.18．三维光栅171

6.19．形状因数173

6.21．在玻璃或金属上刻划的光栅176

6.24．红外光栅178

6.25．振幅光栅和相栅179

6.26．阶梯光栅和中阶梯光栅180

习题［6（ix）-6（xvii）］181

6.27．衍射的普遍理论182

6.28．基尔霍夫的分析183

6.29．圣·维南假说183

6.30．波群概念的推广184

6.32．有限宽的光束——一维情况186

6.35．二维屏的衍射188

6.38．圆孔衍射189

6.39．许多同样开孔的衍射191

6.41．无规排列193

6.43．巴俾涅原理194

习题［6（xviii）-6（xx）］196

6.45．多个圆孔或多个障碍物的衍射197

6.46．杨氏衍射测微器197

6.47．角功率谱198

6.48．光由声波的衍射199

6.49．无规则屏的衍射200

6.50．菲涅耳衍射201

6.51．由全息图再现图象204

6.59．利普森衍射计212

6.60．倏逝波213

6.61．很窄狭缝的衍射214

6.62．费马原理215

6.65．古尹实验217

6.66．波动光学与光线光学的关系218

6.67．费马原理作为光线光学定律的普遍叙述219

参考文献219

附录6A基尔霍夫衍射公式221

附录6B凹光栅224

附录6C波带片227

附录6D菲涅耳衍射229

6D.1．菲涅耳积分229

6D.3．考纽螺线230

6D.4．直边衍射232

第七章光学仪器：几何光学233

7.1．象的形成233

7.2．共轴球面系统234

7.3．傍轴光线235

7.4．符号惯例和记号236

7.6．球面上的衍射237

习题［7（i）］238

7.7．放大率关系239

7.8．麦克斯韦条件240

7.9．基点240

7.10．焦点和主点241

7.11．象的作图法242

7.12．成象位置和大小的计算243

习题［7（ii）—7（v）］245

7.13．节点245

习题［7（vi）—7（vii）］246

习题［7（viii）］247

7.15．最初和最后媒质相同的透镜系统247

7.16．反折系统，或称反射系统248

7.17．基点位置的计算249

7.18．光焦度公式249

7.19．焦点位置251

7.20．望远系统252

7.22．计算共轴系统的一般提示253

习题［7（ix）—7（xv）］253

7.23．色差254

7.24．消色差系统255

7.26．光阑257

7.27．孔径光阑257

7.28．场阑258

7.29．向场镜259

7.30．眼睛260

7.31．放大镜和目镜261

7.33．复合显微镜263

7.34．反射望远镜263

7.35．反射镜和作反射镜用的棱镜265

7.36．恒偏向单色器267

7.37．摄远镜头和变焦距镜头267

7.39．投影系统270

7.40．光导管271

7.42．纤维光学——象的传递272

7.13．纤维光学的应用273

参考文献274

第八章光学仪器：波动理论276

8.1．光学仪器的功用276

8.2．光学象的缺欠276

8.3．历史回顾277

8.5．瑞利分辨限理论278

8.6．瑞利判据278

8.7．望远镜的分辨限279

习题［8（i）-8（iii）］280

8.8．有用放大率和空放大率281

8.9．光栅摄谱仪的分辨本领281

8.10．棱镜摄谱仪的分辨本领282

习题［8（iv）-8（x）］284

8.12．白光光谱的纯度285

8.13．显微镜的分辨极限（非相干照明）286

8.14．阿贝理论——相干照明287

8.15．分辨极限——相干照明289

8.16．细节的再现289

8.17．伪细节的可能性290

8.18．象差的光线理论与波动理论291

8.20．象差函数293

8.21．球面象差294

8.22．彗形象差294

8.23．象散和象场弯曲295

8.25．畸变297

8.26．色效应298

8.27．光学传递函数298

8.30．相干照明301

8.33．象差对传递函数的影响（相干光）305

8.36．非相干照明307

8.37．象差效应（非相干照明）308

8.38．相衬显微镜309

8.43．暗场照明和纹影法312

8.44．切趾法314

8.45．人眼的衬比敏感度315

8.47．光学滤波317

参考文献317

附录8A光学传递函数318

8A.1．历史回顾318

8A.2．扩展函数319

8A.3．等晕性320

8A.4．相干照明320

8A.5．周期物和非周期物321

8A.6．E和u之间的关系321

8A.7．非相干照明322

附录8B象差的校正323

8B.1．象差的校正323

8B.3．齐明系统——正弦条件324

8B.4．非球面的利用——施密特照相机325

8B.5．简单光学系统的设计326

附录8C光学元件和光学仪器的检验327

8C.2．傅科刀口检验法327

8C.3．泽尼克相衬检验法328

8C.4．光学传递函数的测量329

附录8D塔耳波特谱带329

8D.1．塔耳波特谱带329

习题［8（xi）—-8（xiii）］331

第九章干涉仪计量术333

9.2．根据干涉类型分类333

9.4．干涉仪用途的分类334

9.5．光学元件的检验335

9.6．特外曼－格临干涉仪335

9.10．斐索法338

9.14．多光束条纹340

9.15．机械量规的检验341

习题［9（i）—9（ii）］343

9.17．机械位移的测量343

9.18．折射率及折射率微小差异的测量344

习题［9（iii）—9（viii）］347

9.24．法布里－珀罗标准具的分辨限348

9.25．波长的测量350

9.26．用精密小数法比较波长350

习题［9（ix）—9（xii）］353

9.31．长度的光学标准与机械标准的比较354

9.36．长度标准357

9.38．米的定义358

9.39．超精细结构的研究358

9.40．精细度359

9.41．应用傅里叶分析的干涉量度学361

9.43．马赫－曾特尔干涉仪363

9.44．波面错位干涉仪364

9.45．干涉显微镜365

9.46．散射干涉仪367

9.47．球面法布里－珀罗标准具（FPS）368

9.48．散焦球面法布里－珀罗标准具（DFPS）369

9.50．高稳定干涉仪的设计370

9.51．紧邻光路和共同光路干涉仪371

9.52．补偿干涉仪371

参考文献372

第十章辐射的探测和测量374

10.2选择性和非选择性探测器374

10.4．相对响应度376

10.5．热探测器376

10.8．热探测器的时间常数378

10.10．选择性探测器380

10.11．光电发射管380

10.12．光电导管和光生伏打电池381

10.13．最小可探测通量382

10.14．照相底片384

10.16．选择性探测器的定标385

10.17．物理光度学387

10.19．分光光度计389

10.20．吸收分光光度学390

10.21．人眼作为辐射探测器391

10.22．C.I.E.光度标392

10.25．暗适应395

10.26．光度学——定义395

10.28．光度单位399

10.29．光度测量399

10.30．照明问题401

10.31．颜色标志401

10.32．三原色原理402

10.35．线性相加性405

10.36．色品图405

10.37．颜色测量的C.I.E.系统407

10.39．色视觉的变异409

参考文献410

第十一章光速和相对论光学412

11.1．历史回顾412

11.2．测量光速（cL）的方法412

11.3．罗默法413

11.4．斐索法（机械快门法）414

11.5．旋转镜法414

11.6．应用电光快门的方法416

11.10．射频电磁波的测量419

11.11．长度与时间的原子标准419

11.13．速度随折射率的变化420

11.14．相对论421

11.15．地球与以太的相对速度421

11.17．迈克耳孙－莫雷实验423

11.20．斐兹杰惹－洛伦兹收缩426

11.21．狭义相对论427

11.22．速度的相加428

11.23．时间拉长和空间缩短429

11.25．光源与观察者作相对运动的实验430

习题［11（i）—11（v）］432

11.26．径向多普勒效应433

11.27．时间拉长434

习题［11（vi）—11（vii）］436

11.31．运动镜对光的反射438

习题［11（viii）—11（ix）］438

11.32．光行差实验439

11.33．对运动媒质做的实验440

11.34．质量与能量的关系441

11.35．光子的质量、动量和能量442

11.37．转动系统中的干涉444

习题［11（x）］445

11.40．星云红移446

11.41．切仑可夫辐射447

参考文献448

第十二章偏振光451

12.1．标量波与矢量波理论451

12.2．马吕斯实验452

12.3．偏振面的定义453

12.4．布儒斯特定律454

12.5．透射引起的偏振454

12.6．双折射455

12.10．马吕斯定律460

12.11．产生平面偏振光的方法461

12.12．尼科耳棱镜、傅科棱镜和格兰－汤普森棱镜461

12.13．吸收引起的偏振463

12.14．起偏振装置的应用463

12.15．平面偏振光束的相互作用465

12.18．圆偏振光和椭圆偏振光467

习题［12（i）—12（vi）］470

12.20．晶体中的惠更斯波面471

12.21．单轴晶体惠更斯波面的验证472

12.22．偏振光在各向异性薄板内的传播474

12.25．四分之一波片477

12.26．两块以上薄板的串联478

习题［12（vii）—12（xiv）］479

12.27．偏振光分析480

12.29．斯托克斯参量481

12.30．鲍英卡勒球——偏振光的表示法482

12.31．非偏振光的表示法483

12.32．矩阵方法484

习题［12（xv）—12（xvi）］484

12.33．巴俾涅补偿器485

12.35．旋光偏振487

12.38．双折射和旋光的色散490

习题［12（xvii）—12（xxi）］491

12.44．双石英片495

12.45．量糖术495

习题［12（xxii）—12（xxv）］497

12.48．萨伐尔板498

12.50．应用双折射的干涉量度装置499

12.51．干涉显微镜500

12.52．波面错位干涉显微镜500

12.53．双折射滤光器501

参考文献503