目錄
引言1
0.117世紀(jì)前的光學(xué)2
0.1.1古希臘人對(duì)光的認(rèn)識(shí)2
0.1.2阿拉伯人對(duì)光學(xué)的貢獻(xiàn)2
0.1.3中世紀(jì)的光學(xué)3
0.1.416世紀(jì)——文藝復(fù)興的光學(xué)3
0.217世紀(jì)的光學(xué)3
0.319世紀(jì)的光學(xué)4
0.4近代光學(xué)5
0.5運(yùn)動(dòng)物體光學(xué)6
第1章光的電磁理論基礎(chǔ)7
1.1麥克斯韋方程與電磁波7
1.1.1波動(dòng)方程與電磁波8
1.1.2電磁波傳播速度與介質(zhì)折射率9
1.2簡(jiǎn)諧電磁波與輻射強(qiáng)度10
1.2.1簡(jiǎn)諧平面波的傳播速度、波長(zhǎng)與頻率10
1.2.2電磁波的橫波性10
1.2.3電磁場(chǎng)的能量密度、能流密度與輻射強(qiáng)度11
1.3簡(jiǎn)諧光波的偏振性14
1.3.1光的偏振性質(zhì)14
1.3.2線偏振器與馬呂斯定律18
1.4簡(jiǎn)諧光波的標(biāo)量描述21
1.4.1標(biāo)量平面波和球面波21
1.4.2波函數(shù)的復(fù)數(shù)衷示與復(fù)振幅22
1.5光子與電磁場(chǎng)譜24
1.5.1光子24
1.5.2電磁波譜26
1.6光波在介質(zhì)界面的傳播27
1.6.1介質(zhì)界面電磁波反射與折射28
1.6.2菲涅耳公式29
1.6.3光強(qiáng)的反射率和透射率34
1.6.4界面反射光的相位變化38
*1.7光學(xué)波導(dǎo)的全反射分析方法42
1.7.1波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與光束傳輸42
1.7.2光學(xué)波導(dǎo)形成機(jī)理43
*1.8負(fù)折射率與超材料46
1.8.1負(fù)折射率46
1.8.2光束在負(fù)折射率介質(zhì)界面?zhèn)鬏斕匦裕簾o球差透鏡47
1.8.3超材料與負(fù)折射率47
習(xí)題48
第2章光的干涉50
2.1光波干涉的基本概念50
2.1.1波的疊加原理50
2.1.2波疊加實(shí)現(xiàn)相干的基本條件與相干光53
2.1.3干涉場(chǎng)的襯比度54
2.2分波前干涉57
2.2.1普通光源實(shí)現(xiàn)相干疊加的方法57
2.2.2楊氏雙孔干涉實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)球面波的干涉58
2.2.3光源寬度對(duì)干涉場(chǎng)襯比度的影響61
2.2.4光場(chǎng)的空間相干性65
2.2.5光場(chǎng)的時(shí)間相干性68
2.2.6分波前干涉裝置及其應(yīng)用71
2.3分振幅干涉73
2.3.1平行平板的等傾干涉74
2.3.2楔形板的等厚干涉77
2.3.3幾種分振幅干涉儀及其應(yīng)用82
2.4多光束干涉88
2.4.1平行平板的反射多光束干涉和透射多光束干涉88
2.4.2法布里珀羅干涉儀及其特點(diǎn)91
2.4.3多光束干涉的應(yīng)用93
*2.5引力波干涉測(cè)量96
習(xí)題97
第3章光的衍射理論基礎(chǔ)101
3.1惠更斯-菲涅耳原理101
3.1.1惠更斯原理101
3.1.2惠更斯-菲涅耳原理的表述101
3.2基爾霍夫衍射理論簡(jiǎn)介103
3.2.1亥姆霍茲基爾霍夫積分定理103
3.2.2平面屏衍射的基爾霍夫公式104
3.2.3巴比涅原理105
3.3近場(chǎng)衍射和遠(yuǎn)場(chǎng)衍射106
3.3.1球面波的傍軸近似和遠(yuǎn)場(chǎng)近似式106
3.3.2近場(chǎng)衍射——菲涅耳衍射108
3.3.3遠(yuǎn)場(chǎng)衍射——夫瑯禾費(fèi)衍射108
3.4單縫和矩孔的夫瑯禾費(fèi)衍射110
3.4.1單縫夫瑯禾費(fèi)衍射111
3.4.2矩孔夫瑯禾費(fèi)衍射113
3.5圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射與成像系統(tǒng)的分辨本領(lǐng)113
3.5.1圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射113
3.5.2成像儀器的分辨本領(lǐng)115
3.6光柵衍射118
3.6.1位移相移定理118
3.6.2一維光柵120
3.6.3光柵光譜儀122
3.6.4閃耀光柵124
3.7菲涅耳衍射126
3.7.1菲涅耳衍射的波帶方法127
3.7.2菲涅耳波帶片133
*3.7.3菲涅耳衍射的數(shù)值分析135
*3.8衍射極限與超分辨成像137
3.8.1衍射極限137
3.8.2超分辨成像137
習(xí)題一140
第4章傅里葉光學(xué)基礎(chǔ)142
4.1線性系統(tǒng)與波前變換142
*4.1.1線性系統(tǒng)與線性變換142
4.1.2衍射系統(tǒng)與波前變換144
4.2薄透鏡相位變換器與傅里葉光學(xué)變換145
4.2.1薄透鏡的相位變換函數(shù)145
4.2.2透鏡衍射的傅里葉變換性質(zhì)147
4.2.3余弦光柵的衍射場(chǎng)150
4.3阿貝成像原理與空間濾波152
4.3.1阿貝成像原理152
4.3.2阿貝波特實(shí)驗(yàn)與空間濾波154
4.3.3策尼克相襯顯微鏡156
4.4相干光信息處理簡(jiǎn)例157
4.4.14F圖像處理系統(tǒng)157
4.4.2圖像的相加和相減處理方法159
*4.5透鏡相干成像的衍射分析161
4.5.1正透鏡的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)161
4.5.2物像關(guān)系的衍射理論分析163
4.5.3相干成像系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)164
*4.6非相干成像系統(tǒng)的頻譜分析165
4.6.1非相干成像系統(tǒng)的強(qiáng)度傳遞函數(shù)165
4.6.2無像差系統(tǒng)的傳遞函數(shù)166
4.6.3像差對(duì)成像系統(tǒng)的影響168
4.7光學(xué)全息169
4.7.1全息術(shù)的基本原理169
4.7.2典型全息圖173
4.7.3全息圖應(yīng)用簡(jiǎn)介175
習(xí)題一177
第5章晶體光學(xué)181
5.1晶體雙折射181
5.1.1雙折射現(xiàn)象181
5.1.2單軸晶體中的波面184
5.1.3晶體中的惠吏斯作圖法185
5.1.4晶體雙折射的四個(gè)重要情形186
5.2晶體光學(xué)器件188
5.2.1晶體偏振器188
5.2.2波晶片190
5.2.3晶體補(bǔ)償器192
5.3圓偏振光、橢圓偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)194
5.3.1通過波晶片后的偏振態(tài)分析194
5.3.2橢圓偏振光和圓偏振光的產(chǎn)生194
5.3.3偏振光的檢驗(yàn)方法196
5.4偏振光干涉196
5.4.1單色偏振光干涉196
5.4.2顯色偏振與偏振濾光器200
5.4.3偏振光的應(yīng)用202
5.5旋光效應(yīng)203
5.5.1自然旋光效應(yīng)203
5.5.2法拉第效應(yīng)——磁致旋光效應(yīng)206
5.5.3旋光效應(yīng)的應(yīng)用208
5.6電光效應(yīng)210
5.6.1泡克耳斯效應(yīng)——線性電光效應(yīng)210
5.6.2克爾效應(yīng)——平方電光效應(yīng)211
*5.7光電器件213
習(xí)題218
第6章光的吸收、色散和散射221
6.1介質(zhì)對(duì)光的吸收221
6.1.1朗伯吸收定律221
6.1.2比爾吸收定律222
6.1.3對(duì)吸收系數(shù)的進(jìn)一步說明222
6.1.4吸收光譜223
6.2介質(zhì)對(duì)光的色散224
6.2.1正常色散和反常色散224
6.2.2色散和吸收現(xiàn)象的經(jīng)典理論解釋226
6.2.3波包的相速度和群速度228
6.3介質(zhì)對(duì)光的散射231
6.3.1散射現(xiàn)象231
6.3.2瑞利散射232
6.3.3米氏散射233
6.3.4拉曼散射234
6.4菲線性光學(xué)235
6.4.1介質(zhì)非線性極化235
6.4.2光學(xué)二次諧波237
6.4.3三階非線性光學(xué)現(xiàn)象239
6.4.4二階非線性極化與三波混頻240
6.4.5三階非線性極化與四波混頻243
習(xí)題一245
參考文獻(xiàn)246
附錄A矢量分析247
A.1散度、旋度和梯度247
A.2Gauss公式和Stokes公式247
A.3有關(guān)V算子的運(yùn)算公式248
附錄B傅里葉變換249
B.1周期函數(shù)的傅里葉級(jí)數(shù)分解249
B.2傅里葉變換249
B2.1一維傅里葉變換249
B2.2二維傅里葉變換249
B2.3典型函數(shù)的傅里葉變換250
B3傅里葉變換的性質(zhì)和定理251
B3.1線性定理251
B3.2守恒定理251
B3.3縮放定理251
B3.4相移定理252
B3.5共軛定理252
B3.6積分微分定理252
B3.7卷積定理252
B3.8反比性質(zhì)252