目錄
第1章 光的電磁理論基礎 1
1.1 麥克斯韋方程組 1
1.2 麥克斯韋理論的驗證 6
1.2.1 證實麥克斯韋假設的位移電流 7
1.2.2 證實電磁波的傳播速度等於光速 7
1.2.3 證明電磁波與光波具有同一性 7
1.3 物質方程 8
1.4 邊界條件 10
1.4.1 B和D的法向分量情況 10
1.4.2 E和H的切向分量情況 11
1.5 波動方程 13
1.6 波函數 13
1.7 電磁波譜 19
1.8 電磁場的能量守恆定律 22
1.9 光壓 24
1.10 光的偏振 26
1.10.1 光的偏振態 26
1.10.2 偏振片 37
1.10.3 馬呂斯定律 37
1.11 光的吸收、色散和散射 42
1.11.1 光的吸收 42
1.11.2 光的色散 46
1.11.3 光的散射 52
1.12 反射和折射 58
1.12.1 反射定律和折射定律 58
1.12.2 菲涅耳公式 59
1.12.3 反射和折射的能量特性 69
1.12.4 反射和折射的位相特性 75
1.12.5 反射和折射的偏振特性 79
1.12.6 全反射 79
1.12.7 光波在金屬表面上的反射和折射 83
習題 91
第2章 相干和干涉 95
2.1 單色波的干涉 95
2.1.1 楊氏雙縫干涉 95
2.1.2 兩束單色波的干涉 99
2.1.3 三束單色波的干涉 102
2.1.4 多束單色波的干涉 104
2.2 條紋能見度 105
2.3 時間相干性 106
2.3.1 波長不同的兩個波的疊加 107
2.3.2 三波長疊加 108
2.3.3 多波長疊加 109
2.3.4 寬譜疊加 110
2.3.5 光譜的線寬 112
2.4 空間相干性 117
2.4.1 光源 117
2.4.2 部分空間相干性 118
2.4.3 激光的相干性 121
2.5 等傾干涉 122
2.5.1 平行平面玻板的干涉圖像 122
2.5.2 多光束干涉條紋的精細度 124
2.5.3 多光束干涉圖樣的特點 125
2.5.4 法布裡-珀涉儀的結構 126
2.5.5 干涉儀的應用 129
2.6 等厚干涉 138
2.6.1 等厚干涉—楔形板 138
2.6.2 等厚干涉—牛頓環 142
2.7 邁克耳孫干涉儀 146
*2.8 波面剪切干涉儀 151
2.8.1 與理想平面參考波的干涉 151
2.8.2 波面剪切干涉儀 152
*2.9 激光外差干涉測量 153
*2.10 基於光纖干涉的溫度和折射率傳感 154
2.10.1 微結構光纖傳感器的制備 154
2.10.2 傳感方案及原理 155
2.10.3 溫度傳感和折射率傳感 158
習題 159
第3章 衍射理論 164
3.1 亥姆霍茲-基爾霍夫積分定理 166
3.2 菲涅耳-基爾霍夫衍射公式 167
3.2.1 傍軸近似及衍射公式 170
3.2.2 菲涅耳近似及衍射公式 170
3.2.3 夫瑯禾費近似及衍射公式 173
3.2.4 菲涅耳近似和夫瑯禾費近似正確的區域 174
3.3 索末菲條件 174
3.4 巴比涅原理 175
3.5 夫瑯禾費衍射 175
3.5.1 夫瑯禾費衍射花樣的對稱特性 175
3.5.2 透鏡對光場的傅裡葉變換 179
3.5.3 單縫的夫瑯禾費衍射 179
3.5.4 雙縫的夫瑯禾費衍射 182
3.5.5 多縫的夫瑯禾費衍射 184
3.5.6 矩孔的夫瑯禾費衍射 188
3.5.7 振幅型正弦光柵的傅裡葉變換 190
3.5.8 圓孔的夫瑯禾費衍射 192
3.6 菲涅耳波帶 201
3.6.1 菲涅耳波帶法 201
3.6.2 圓孔衍射 204
3.6.3 圓屏衍射 206
3.6.4 直邊衍射 206
3.6.5 波帶片 211
3.6.6 微光學透鏡 212
3.7 菲涅耳衍射 213
3.7.1 圓孔的菲涅耳衍射 213
3.7.2 雙圓孔的菲涅耳衍射 218
3.7.3 圓屏的菲涅耳衍射 220
3.7.4 直邊的菲涅耳衍射 222
3.7.5 矩孔的菲涅耳衍射 224
3.7.6 單縫的菲涅耳衍射 228
3.7.7 雙縫的菲涅耳衍射 230
3.7.8 多縫的菲涅耳衍射 231
3.7.9 任意孔徑的菲涅耳衍射 235
3.7.10 稜鏡的傳輸 238
3.7.11 透鏡的傳輸 239
3.8 衍射問題在頻率域中的表示 240
3.8.1 基爾霍夫衍射 240
3.8.2 菲涅耳衍射 242
3.8.3 夫瑯禾費衍射 243
3.8.4 衍射孔徑的頻譜效應 243
3.9 幾種常用光學成像繫統的分辨本領 244
3.9.1 人眼的分辨本領 245
3.9.2 望遠鏡的小分辨角 246
3.9.3 照相物鏡的分辨本領 246
3.9.4 顯微鏡的分辨本領 246
3.10 光譜儀 250
3.10.1 光柵光譜儀中的衍射光柵 250
3.10.2 稜鏡光譜儀 252
*3.10.3 雙光柵測振儀 254
習題 260
第4章 傅裡葉光學 264
4.1 時間頻譜和空間頻譜 264
4.2 光柵的衍射和角譜 266
4.3 傅裡葉變換 270
4.4 傅裡葉變換基本定理 273
4.5 常用函數及其傅裡葉變換 277
4.6 傅裡葉變換定理的光學模擬 292
4.7 抽樣定理 296
4.8 光學繫統的攔光效應和低通濾波 298
4.8.1 相干成像繫統和相干傳遞函數 299
4.8.2 非相干成像繫統和光學傳遞函數 302
4.9 光學傳遞函數 306
4.9.1 光學傳遞函數儀 306
4.9.2 光學傳遞函數與成像質量 307
4.10 阿貝成像理論和阿貝-波特實驗 312
*4.11 近場衍射模擬 324
*4.12 光束通過非均勻介質的傳輸—分步傅裡葉變換 329
*4.13 M-Z點衍射干涉儀 332
習題 335
第5章 薄膜光學基礎 338
5.1 薄膜在光學技術中的應用 338
5.2 單層膜 339
5.3 多層膜 343
5.4 薄膜的特征矩陣 344
5.5 多層膜的能量反射率 347
5.6 干涉色 358
5.7 平板波導 360
*5.8 金屬包覆介質波導 364
習題 372
第6章 晶體光學 373
6.1 晶體 373
6.1.1 晶體的對稱性及分類 373
6.1.2 幾個基本概念 373
6.1.3 晶體的介電張量 375
6.2 各向異性介質中的電磁波 376
6.2.1 相速度和光線速度 377
6.2.2 波法線菲涅耳方程和光線菲涅耳方程 378
6.2.3 各向異性介質內平面電磁波的傳播特點 379
6.3 晶體光學性質的圖形表示 381
6.3.1 折射率橢球 381
6.3.2 菲涅耳橢球 383
6.3.3 折射率曲面 384
6.3.4 波矢曲面 386
6.3.5 法線曲面 387
6.3.6 光線曲面 388
6.3.7 確定波法線方向的斯涅耳作圖法 389
6.3.8 直接得到光線方向的惠更斯作圖法 390
6.4 偏振器件 391
6.4.1 位相延遲片 391
6.4.2 補償器 393
6.4.3 偏振稜鏡 394
6.4.4 雙像稜鏡 396
6.5 電光效應 397
6.5.1 電光效應的描述 397
6.5.2 晶體的線性電光效應 402
6.5.3 晶體的二次電光效應 403
6.5.4 晶體的電光效應的應用舉例 406
6.6 聲光效應 410
6.6.1 聲光效應的描述 411
6.6.2 聲光衍射 412
6.7 旋光現像 417
6.8 磁光效應 418
6.9 偏振光的干涉 419
6.9.1 平行偏振光的干涉 420
6.9.2 會聚偏振光的干涉 420
6.10 偏振光和偏振器件的矩陣表示 423
習題 428
第7章 光的量子理論 432
7.1 熱輻射定律與光量子化 432
7.2 愛因斯坦光子理論—光電效應 438
7.3 康普頓效應 443
7.4 波粒二像性 446
7.5 不確定關繫 449
習題 450