本书讲授大学物理课程中的光学部分，内容包括波动光学、几何光学以及光的量子性导论。全书以光学实验为基础，从光的物理模型出发，对光线的传播、光学成像、光的干涉、光的衍射、光的偏振与双折射、光与物质的相互作用、光的量子性等问题进行了较全面和深入的阐释，并介绍了光学的发展及其在各个领域中的应用。对于光学中基本的实验现象，说明详细;对于光学中基本的物理概念，阐述准确;对于光学的理论体系，推导严谨。书中附有较多的例题和练习题，有利于读者掌握处理光学问题的方法和加深对光学概念的理解，便于读者自学。
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第三版丛书序
第二版丛书序
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第三版前言
第二版前言
第一版前言
第1章 光线与几何光学 1
1.1 几何光学的物理基础 1
1.1.1 光线模型 1
1.1.2 光线的实验定律 1
1.2 几何光学的基本原理 7
1.2.1 光传播的可逆性原理 7
1.2.2 费马原理 7
1.3 光在变折射率介质中的传播 9
1.3.1 光线方程 9
1.3.2 海市蜃楼与沙漠幻景 10
1.3.3 折射率的分布与光线的路径 11
1.4 色散棱镜 13
1.4.1 棱镜对光的折射 13
1.4.2 光的色散 15
1.5 光学成像概论 18
1.5.1 光学成像的基本要素 18
1.5.2 成像元件与成像光具组 21
1.6 单球面成像 21
1.6.1 傍轴光线单球面折射成像 21
1.6.2 傍轴光线单球面反射成像 29
1.7 逐次成像法 31
1.8 薄透镜成像 39
1.8.1 薄透镜 39
1.8.2 薄透镜成像的高斯定理 39
1.9 理想共轴光具组成像的高斯定理 45
1.9.1 理想光具组 45
1.9.2 共轴球面系统的基点和基面 46
1.9.3 共轴球面系统的物像关系 51
1.9.4 基点和基平面的确定 52
1.10 非傍轴光线的阿贝正弦条件与齐明点 56
1.10.1 透镜组的阿贝正弦条件 56
1.10.2 齐明透镜与齐明点 57
1.10.3 齐明透镜组 59
1.11 光学成像仪器 59
1.11.1 眼睛 59
1.11.2 物镜 64
1.11.3 目镜 67
1.11.4 显微镜 71
1.11.5 望远镜 74
第2章 光的波动模型 77
2.1 产生光波的微观机制 77
2.1.1 可见光 77
2.1.2 光源发光的微观机制 78
2.2 光波的数学表示 81
2.2.1 简谐振动的数学表示 82
2.2.2 简谐波的瞬时值表达式 83
2.2.3 简谐波的复指数表达式 84
2.2.4 定态光波的复振幅与振幅矢量 84
2.3 光强 85
2.3.1 光矢量 85
2.3.2 光强的定义 86
2.4 简谐光波按波面分类 87
2.4.1 球面光波 87
2.4.2 平面光波 88
2.4.3 高斯光束 89
2.5 光的波前函数及其近似 90
2.5.1 波前与波前函数 90
2.5.2 平面波的波前函数 90
2.5.3 球面波的波前函数 91
2.5.4 傍轴近似与远场近似 91
2.6 光波在电介质界面处的反射与折射 94
2.6.1 光波在电介质界面处的边界条件 94
2.6.2 光的反射定律和折射定律 96
2.6.3 发生全反射的折射波失 97
2.6.4 菲涅耳公式 98
2.6.5 反射导致的相位变化 101
2.6.6 半波损失 102
2.6.7 全反射光波的相位超前 106
2.6.8 光的可逆性与斯托克斯倒逆关系 107
2.7 光波与物质的相互作用 107
2.7.1 光的吸收 108
2.7.2 光的色散 110
2.7.3 光的散射 112
第3章 光的相干叠加与非相干叠加 115
3.1 光波的叠加原理 115
3.1.1 光波的独立传播定律 115
3.1.2 振动矢量的叠加 115
3.2 同频率、同振动方向光波的叠加 116
3.2.1 两列相干光的叠加 116
3.2.2 N列相干光的叠加 118
3.2.3 实际光波的叠加 119
3.3 光的非相干叠加 119
3.3.1 频率不同的分立光波的叠加 119
3.3.2 光矢量相互垂直的光波的叠加 122
3.4 波包与群速度 122
3.5 杨氏干涉与相干光的获得 126
3.5.1 干涉装置 126
3.5.2 杨氏干涉的物理过程 127
3.5.3 相干光的获得 129
3.6 干涉图样与干涉强度 130
3.6.1 杨氏双孔干涉 130
3.6.2 杨氏双缝干涉 132
3.6.3 干涉条纹的可见度 134
3.6.4 平面光波的干涉 135
3.7 光的衍射与惠更斯-菲涅耳原理 136
3.7.1 惠更斯原理 136
3.7.2 次波的相干叠加:惠更斯-菲涅耳原理 138
3.8 菲涅耳衍射 141
3.8.1 衍射装置与现象 141
3.8.2 用半波带法分析菲涅耳圆孔衍射 142
3.8.3 半波带方程 148
3.8.4 一般情形下的波带 149
3.8.5 菲涅耳半波带的应用——波带片 151
3.9 夫琅禾费衍射 153
3.9.1 夫琅禾费衍射积分的处理 153
3.9.2 夫琅禾费单缝衍射 154
3.9.3 互补屏的衍射 161
3.9.4 矩孔的夫琅禾费衍射 163
第4章 干涉仪与光的时空相干性 165
4.1 分波前的干涉装置 165
4.1.1 菲涅耳双面镜与双棱镜 165
4.1.2 劳埃德镜 167
4.1.3 对切透镜 167
4.2 光的空间相干性 168
4.2.1 空间扩展光源的部分相干性 169
4.2.2 空间相干性的实例 171
4.3 光的时间相干性 178
4.3.1 非单色光的干涉 178
4.3.2 相干时间 180
4.4 薄膜干涉 181
4.4.1 等倾干涉 182
4.4.2 等厚干涉 185
4.5 分振幅的干涉装置 187
4.5.1 迈克耳孙干涉仪 187
4.5.2 马赫-曾德尔干涉仪 192
4.5.3 干涉滤波片 193
4.5.4 牛顿环(圈) 195
4.6 法布里-珀罗干涉仪 197
4.6.1 多光束干涉装置 197
4.6.2 多光束干涉的复振幅与光强 198
4.6.3 干涉场的特性 201
第5章 衍射装置与光栅光谱仪 206
5.1 夫琅禾费圆孔衍射 206
5.1.1 圆孔衍射的复振幅与强度 206
5.1.2 衍射图样的特点 208
5.1.3 望远镜的分辨本领与衍射极限 211
5.2 衍射光栅 214
5.2.1 光栅衍射的复振幅与光强 215
5.2.2 双缝衍射 223
5.3 光栅光谱 224
5.3.1 光栅的衍射花样 224
5.3.2 光栅的色分辨本领 225
5.3.3 光栅的色散与自由光谱范围 227
5.4 闪耀光栅 228
5.4.1 问题的提出与解决方案 228
5.4.2 闪耀光栅的结构 229
5.4.3 闪耀光栅衍射的一般性分析 231
5.4.4 两种常用的照明方式 233
5.5 单色仪与光谱仪 234
5.6 正弦光栅 236
5.7 X射线在晶体中的衍射 239
5.7.1 晶格点阵 239
5.7.2 布拉格衍射 239
5.7.3 晶体X射线衍射的实验方法 241
第6章 傅里叶变换光学 244
6.1 定态光波的波前函数 244
6.1.1 一列单色光波的波前函数 244
6.1.2 成像元件或衍射屏对波前函数的变换 246
6.2 成像元件对波前函数的变换 247
6.2.1 成像光束的波前函数 247
6.2.2 折射球面的相位变换函数 248
6.2.3 反射球面的相位变换函数 249
6.2.4 薄透镜的相位变换函数 250
6.2.5 光楔的相位变换函数 252
6.3 光栅对波前函数的变换 253
6.3.1 光栅的屏函数 253
6.3.2 正弦光栅对波前函数的变换 254
6.3.3 黑白光栅对波前函数的变换 254
6.4 空间频谱与傅氏面 256
6.4.1 周期性屏函数的傅里叶展开式 256
6.4.2 非周期性屏函数的傅里叶展开式 257
6.4.3 傅氏面 258
6.5 阿贝成像原理与空间滤波 258
6.5.1 阿贝成像原理的数学论证 258
6.5.2 阿贝成像原理的实验验证 261
6.5.3 图像处理 263
6.5.4 θ调制 265
6.6 相衬显微镜 266
6.7 全息照相 267
6.7.1 全息照相的基本原理 267
6.7.2 全息照相的装置 269
第7章 光的偏振与双折射 271
7.1 光的偏振特性 271
7.1.1 横波的偏振性 271
7.1.2 起偏与检偏 273
7.2 光的偏振态及偏振光的正交分量表示 274
7.2.1 自然光 274
7.2.2 部分偏振光 275
7.2.3 平面偏振光 276
7.2.4 圆偏振光 277
7.2.5 椭圆偏振光 278
7.3 反射和折射所引起的偏振态的改变 282
7.3.1 偏振态的改变 282
7.3.2 布儒斯特定律 282
7.3.3 玻璃片堆和布儒斯特窗 282
7.4 光在晶体中的双折射 284
7.5 单轴晶体中光的波面 288
7.5.1 晶体中o光和e光的波面 288
7.5.2 单轴晶体的惠更斯作图法 291
7.5.3 几种特例 292
7.6 晶体光学器件 292
7.6.1 偏振棱镜 293
7.6.2 波片 295
7.6.3 相位补偿器 296
7.7 波片对光的偏振态的改变 298
7.7.1 光在波片中的传播引起的相位差 298
7.7.2 经过波片后光的偏振态的改变 300
7.7.3 偏振态的实验鉴定 307
7.8 偏振光的干涉 309
7.8.1 平行偏振光的干涉装置 310
7.8.2 干涉分析与实验现象 310
7.8.3 偏振光干涉的应用——光测弹性 312
7.9 电光效应 314
7.9.1 克尔效应 314
7.9.2 泡克耳斯效应 315
7.9.3 电光效应的应用 316
7.10 旋光 317
7.10.1 自然旋光 317
7.10.2 磁致旋光 322
7.10.3 磁致旋光的应用 323
第8章 光的量子性 326
8.1 黑体辐射 326
8.1.1 热辐射 326
8.1.2 热辐射的物理性质 327
8.1.3 基尔霍夫热辐射定律 328
8.1.4 黑体辐射的定律 330
8.2 光的量子模型 335
8.2.1 普朗克能量分立的谐振子 336
8.2.2 爱因斯坦光量子 337
8.2.3 康普顿效应 339
8.2.4 微观粒子的波粒二象性 342
8.3 激光 343
8.3.1 爱因斯坦的辐射理论 344
8.3.2 粒子数反转与光放大 346
习题与答案 348
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