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引言1

0.1 17世纪前的光学1

0.1.1 古希腊人对光的认识1

0.1.2 阿拉伯人对光学的贡献2

0.1.3 中世纪的光学2

0.1.4 16世纪——文艺复兴的光学2

0.2 17世纪的光学3

0.3 19世纪的光学3

0.4 近代光学4

0.5 运动物体光学5

第1章 电磁场与光传输理论基础6

1.1 电磁场理论中的基本定律6

1.1.1 电磁场理论中的基本定律与麦克斯韦方程6

1.1.2 介质性质突变处的边界条件11

1.2 电磁场波动方程与简谐光波12

1.2.1 波动方程和光速12

1.2.2 平面波和球面波14

1.2.3 波函数的复数表示与共轭波15

1.3 矢量简谐波与光的偏振17

1.3.1 矢量平面波函数17

1.3.2 电磁场的能量密度和能流密度19

1.3.3 光的偏振性质23

1.4 光子与电磁场谱25

1.4.1 光子25

1.4.2 电磁波谱27

1.5 光波在介质界面的传播28

1.5.1 介质界面的电磁波29

1.5.2 菲涅耳公式30

1.5.3 光强的反射率和透射率33

1.5.4 界面反射光的相位变化36

习题41

第2章 光的干涉43

2.1 光波干涉的基本概念43

2.1.1 波的叠加原理43

2.1.2 波叠加实现相干的基本条件46

2.1.3 干涉场的衬比度47

2.2 分波前干涉49

2.2.1 普通光源实现相干叠加的方法49

2.2.2 杨氏双孔干涉实验：两个球面波的干涉50

2.2.3 光源宽度对于涉场衬比度的影响53

2.2.4 光场的空间相干性58

2.2.5 光场的时间相干性61

2.2.6 分波前干涉装置及其应用64

2.3 分振幅干涉66

2.3.1 平行平板的等倾干涉66

2.3.2 楔形板的等厚干涉70

2.3.3 几种分振幅干涉仪及其应用74

2.4 多光束干涉80

2.4.1 平行平板的反射多光束干涉和透射多光束干涉80

2.4.2 法布里-珀罗干涉仪及其特点82

2.4.3 多光束干涉的应用84

习题87

第3章 光的衍射理论基础90

3.1 惠更斯-菲涅耳原理90

3.1.1 惠更斯原理90

3.1.2 惠更斯-菲涅耳原理91

3.2 基尔霍夫衍射理论简介92

3.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理92

3.2.2 平面屏衍射的基尔霍夫公式94

3.2.3 巴比涅原理95

3.3 近场衍射和远场衍射95

3.3.1 球面波的傍轴近似和远场近似式96

3.3.2 近场衍射——菲涅耳衍射97

3.3.3 远场衍射——夫琅禾费衍射98

3.4 单缝和矩孔的夫琅禾费衍射100

3.4.1 单缝夫琅禾费衍射101

3.4.2 矩孔夫琅禾费衍射102

3.5 圆孔夫琅禾费衍射与成像系统的分辨本领103

3.5.1 圆孔夫琅禾费衍射103

3.5.2 成像仪器的分辨本领104

3.6 光栅衍射107

3.6.1 位移-相移定理107

3.6.2 一维光栅109

3.6.3 光栅光谱仪112

3.6.4 闪耀光栅115

3.7 菲涅耳衍射117

3.7.1 菲涅耳衍射的波带方法118

3.7.2 菲涅耳波带片123

3.7.3 菲涅耳衍射的数值分析125

习题127

第4章 傅里叶光学基础130

4.1 线性系统与波前变换130

4.1.1 线性系统与线性变换130

4.1.2 衍射系统与波前变换132

4.2 薄透镜相位变换器与傅里叶光学变换133

4.2.1 薄透镜的相位变换函数133

4.2.2 透镜衍射的傅里叶变换性质135

4.2.3 余弦光栅的衍射场138

4.3 阿贝成像原理与空间滤波139

4.3.1 阿贝成像原理139

4.3.2 阿贝-波特实验与空间滤波141

4.3.3 策尼克相衬显微镜143

4.4 相干光信息处理简例145

4.4.1 4F图像处理系统145

4.4.2 图像的相加和相减处理方法147

4.5 透镜相干成像的衍射分析148

4.5.1 正透镜的点扩展函数148

4.5.2 物像关系的衍射理论分析150

4.5.3 相干成像系统的光学传递函数151

4.6 非相干成像系统的频谱分析152

4.6.1 非相干成像系统的强度传递函数152

4.6.2 无像差系统的传递函数154

4.6.3 像差对成像系统的影响155

4.7 光学全息156

4.7.1 全息术的基本原理156

4.7.2 典型全息图160

4.7.3 全息图应用简介162

习题164

第5章 晶体光学169

5.1 晶体双折射169

5.1.1 双折射现象169

5.1.2 单轴晶体中的波面171

5.1.3 晶体中的惠更斯作图法173

5.1.4 晶体双折射的四个重要情形174

5.2 晶体光学器件176

5.2.1 晶体偏振器176

5.2.2 波晶片178

5.2.3 晶体补偿器180

5.3 圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验182

5.3.1 通过波晶片后的偏振态分析182

5.3.2 椭圆偏振光和圆偏振光的产生183

5.3.3 偏振光的检验方法184

5.4 偏振光干涉185

5.4.1 单色偏振光干涉185

5.4.2 显色偏振与偏振滤光器188

5.4.3 偏振光的应用190

5.5 旋光效应191

5.5.1 自然旋光效应191

5.5.2 法拉第效应——磁致旋光效应194

5.5.3 旋光效应的应用196

5.6 电光效应198

5.6.1 泡克耳斯效应——线性电光效应198

5.6.2 克尔效应——平方电光效应199

习题201

第6章 光的吸收、色散和散射203

6.1 介质对光的吸收203

6.1.1 朗伯吸收定律203

6.1.2 比尔吸收定律204

6.1.3 对吸收系数的进一步说明204

6.1.4 吸收光谱205

6.2 介质对光的色散206

6.2.1 正常色散和反常色散206

6.2.2 色散和吸收现象的经典理论解释208

6.2.3 波包的相速度和群速度210

6.3 介质对光的散射213

6.3.1 散射现象213

6.3.2 瑞利散射214

6.3.3 米氏散射215

6.3.4 拉曼散射216

习题217

参考文献218

附录A 矢量分析219

附录B 傅里叶变换221