光学（第五版）

第1章  光学简史 1
1．1  开场白 1
1．2  初始时期 1
1．3  十七世纪以来 3
1．4  十九世纪 5
1．5  二十世纪的光学 8
第2章  波动 12
2．1  一维波 12
2．1．1  微分波动方程 15
2．2  谐波 18
2．2．1  空间频率 22
2．3  相位和相速度 22
2．4  叠加原理 25
2．5  复数表示 27
2．6  相矢量和波的相加 29
2．7  平面波 31
2．8  三维波动微分方程 36
2．9  球面波 37
2．10 柱面波 40
2．11 盘旋的光 41
习题 42
第3章  电磁理论、光子和光 48
3．1  电磁理论的基本定律 49
3．1．1  法拉第感应定律 49
3．1．2  电场的高斯定律 51
3．1．3  磁场的高斯定律 53
3．1．4  安培环路定律 54
3．1．5  麦克斯韦方程组 56
3．2  电磁波 59
3．2．1  横波 61
3．3  能量和动量 63
3．3．1  坡印廷矢量 63
3．3．2  辐照度 67
3．3．3  光子 69
3．3．4  辐射压强和动量 76
3．4  辐射 79
3．4．1  直线加速运动的电荷 79
3．4．2  同步加速器辐射 81
3．4．3  电偶极辐射 83
3．4．4  原子发的光 85
3．5  大块物质中的光 87
3．5．1  色散 90
3．6  电磁波-光子谱 97
3．6．1  射频波 97
3．6．2  微波 98
3．6．3  红外线 99
3．6．4  可见光 101
3．6．5  紫外线 102
3．6．6  X射线 103
3．6．7  ? 射线 104
3．7  量子场论 104
习题 106
第4章  光的传播 111
4．1  引言 111
4．2  瑞利散射 111
4．2．1  散射和干涉 113
4．2．2  光透射穿过稠密介质 115
4．2．3  透射和折射率 117
4．3  反射 120
4．3．1  反射定律 121
4．4  折射 124
4．4．1  折射定律 125
4．4．2  惠更斯原理 132
4．4．3  光线和法线线汇 133
4．5  费马原理 134
4．6  电磁学研究方法 140
4．6．1  界面上的波 140
4．6．2  菲涅耳方程 142
4．6．3  菲涅耳方程的解释 146
4．7  全内反射 155
4．7．1  隐失波 157
4．8  金属的光学性质 162
4．9  光和物质相互作用的一些熟知的方面 166
4．10  斯托克斯对反射和折射的处理 171
4．11  光子、波和概率 173
4．11．1  量子电动力学（QED） 174
4．11．2  光子与反射定律和折射定律 176
习题 177
第5章  几何光学 187
5．1  引言 187
5．2  透镜 188
5．2．1  非球面 188
5．2．2  球面上的折射 191
5．2．3  薄透镜 194
5．3  光阑 216
5．3．1  孔径光阑和视场光阑 216
5．3．2  入射光瞳和出射光瞳 217
5．3．3  相对孔径和f数 221
5．4  反射镜 222
5．4．1  平面镜 222
5．4．2  非球面镜 226
5．4．3  球面镜 228
5．5  棱镜 235
5．5．1  色散棱镜 236
5．5．2  反射棱镜 238
5．6  光纤光学 242
5．6．1  光纤通信技术 246
5．7  光学系统 255
5．7．1  眼 255
5．7．2  眼镜 259
5．7．3  放大镜 265
5．7．4  目镜 267
5．7．5  复显微镜 269
5．7．6  照相机 272
5．7．7  望远镜 275
5．8  波阵面整形 284
5．8．1  自适应光学 285
5．8．2  相位共轭 288
5．9  引力透镜效应 290
习题 291
第6章  几何光学的进一步讨论 303
6．1  厚透镜和透镜组 303
6．2  解析法光线追迹 308
6．2．1  矩阵方法 310
6．3  像差 321
6．3．1  单色像差 321
6．3．2  色像差 338
6．4  GRIN（梯度折射率）系统 344
6．5  结束语 347
习题 348
第7章  波的叠加 352
7．1  同频率波的相加 352
7．1．1  代数方法 353
7．1．2  复数方法 357
7．1．3  相矢量相加 358
7．1．4  驻波 360
7．2  不同频率波的相加 365
7．2．1  拍 365
7．2．2  群速度 368
7．3  非简谐周期波 374
7．3．1  傅里叶级数 374
7．4  非周期波 384
7．4．1  傅里叶积分 387
7．4．2  脉冲和波包 389
7．4．3  相干长度 392
7．4．4  分立傅里叶变换 395
习题 402
第8章  偏振 409
8．1  偏振光的性质 409
8．1．1  线偏振 409
8．1．2  圆偏振 412
8．1．3  椭圆偏振 414
8．1．4  自然光 417
8．1．5  角动量和光子图像 417
8．2  偏振器 418
8．2．1  马吕斯定律 419
8．3  二向色性 421
8．3．1  线栅起偏器 421
8．3．2  二向色性晶体 421
8．3．3  偏振片 422
8．4  双折射 425
8．4．1  方解石 426
8．4．2  双折射晶体 431
8．4．3  双折射偏振器 434
8．5  散射和偏振 436
8．5．1  散射引起的偏振 436
8．6  反射引起偏振 438
8．6．1  菲涅耳方程的一个应用 440
8．7  推迟器 442
8．7．1  波片和斜方体 443
8．7．2  补偿器和可变推迟器 449
8．8  圆偏振器 450
8．9  多色光的偏振 451
8．9．1  多色波的带宽和相干时间 451
8．9．2  干涉色 452
8．10  旋光性 453
8．10．1  一个有用的模型 456
8．10．2  旋光性的生物物质 458
8．11  感生光学效应――光调制器 458
8．11．1  光测弹性学 458
8．11．2  法拉第效应 460
8．11．3  克尔效应和泡克耳斯效应 461
8．12  液晶 464
8．13  偏振的数学描述 467
8．13．1  斯托克斯参量 468
8．13．2  琼斯矢量 470
8．13．3  琼斯矩阵和密勒矩阵 471
习题 474
第9章  干涉 482
9．1  一般考虑 483
9．1．1  近场/远场 487
9．2  发生干涉的条件 488
9．2．1  时间相干和空间相干 488
9．2．2  菲涅耳-阿拉果定律 490
9．3  分波阵面干涉仪 491
9．3．1  杨氏实验 491
9．4  分振幅干涉仪 504
9．4．1  介电膜――双束干涉 504
9．4．2  装有反射镜的干涉仪 515
9．5  干涉条纹的类型和位置 523
9．6  多光束干涉 524
9．6．1  法布里-珀罗干涉仪 529
9．7  单层膜和多层膜的应用 534
9．7．1  数学处理方法 535
9．7．2  抗反射敷层（增透膜） 537
9．7．3  多层周期系统 539
9．8  干涉量度学的应用 540
9．8．1  散射光干涉 541
9．8．2  特外曼-格林干涉仪 543
9．8．3  转动萨尼亚克干涉仪 543
9．8．4  雷达干涉测量术 545
习题 547
第10章  衍射 553
10．1  引言 553
10．1．1  不透明障碍物 556
10．1．2  夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射 557
10．1．3  几个相干振子 559
10．2  夫琅禾费衍射 562
10．2．1  单缝 562
10．2．2  双缝 571
10．2．3  多缝衍射 575
10．2．4  矩形孔 583
10．2．5  圆孔 588
10．2．6  成像系统的分辨率 593
10．2．7  零阶贝塞尔光束 596
10．2．8  衍射光栅 597
10．3  菲涅耳衍射 607
10．3．1  球面波的自由传播 607
10．3．2  振动曲线 612
10．3．3  圆孔 613
10．3．4  圆形障碍物 619
10．3．5  菲涅耳波带片 621
10．3．6  菲涅耳积分和矩形孔 624
10．3．7  考纽螺线 628
10．3．8  单狭缝的菲涅耳衍射 631
10．3．9  半无穷不透明屏 634
10．3．10  狭长障碍物的衍射 635
10．3．11  巴俾涅原理 637
10．4  基尔霍夫标量衍射理论 639
10．5  边界衍射波 642
习题 643
第11章  傅里叶光学 650
11．1  引言 650
11．2  傅里叶变换 650
11．2．1  一维变换 650
11．2．2  二维变换 654
11．2．3  狄拉克 函数 657
11．3  光学应用 663
11．3．1  二维像 663
11．3．2  线性系统 668
11．3．3  卷积积分 671
11．3．4  衍射理论中的傅里叶方法 682
11．3．5  频谱和相关 687
11．3．6  传递函数 697
习题 703
第12章  相干性理论初步 709
12．1  引言 709
12．2  条纹和相干性 711
12．2．1  衍射和消失的条纹 715
12．3  可见度 716
12．4  互相干函数和相干度 723
12．4．1  时间相干性和空间相干性 725
12．5  相干性和测星干涉测量术 728
12．5．1  迈克耳孙测星干涉仪 728
12．5．2  关联干涉测量术 730
习题 734
第13章  现代光学：激光器和其他课题 738
13．1  激光器和激光 738
13．1．1  辐射能与物质的平衡 738
13．1．2  受激发射 743
13．1．3  激光器 747
13．1．4  神奇的光 764
13．2  成像――光学信息的空间分布 769
13．2．1  空间频率 769
13．2．2  阿贝成像理论 772
13．2．3  空间滤波 773
13．2．4  相衬法 779
13．2．5  暗场法和纹影法 783
13．3  全息术 785
13．3．1  各种方法 785
13．3．2  进展和应用 795
13．4  非线性光学 800
13．4．1  光学整流 801
13．4．2  二次谐波产生 802
13．4．3  混频 804
13．4．4  光的自聚焦 805
习题 805
附录A  电磁学理论 811
附录B  基尔霍夫衍射理论 815
部分习题的解答 817