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。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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第二版丛书序
第一版丛书序
第二版前言
第一版前言
第1章 光的波动模型 1
1.1 光波 1
1.1.1 可见光 1
1.1.2 光波产生的物理机制 2
1.1.3 产生光波的偶极振子模型 4
1.1.4 光波的周期性 5
1.1.5 简谐光波 8
1.1.6 光矢量 10
1.1.7 光强 11
1.1.8 光的传播 13
1.1.9 光程差与相位差 14
1.2 简谐光波的数学表示 16
1.2.1 矢量表示与标量表示 16
1.2.2 简谐光波的描述 17
1.2.3 简谐光波按波面分类 17
1.2.4 光波的复振幅表示 22
1.2.5 有关光波的几个概念 22
1.3 傍轴条件与远场条件 24
1.3.1 轴上物点的傍轴条件和远场条件 24
1.3.2 轴外物点的傍轴条件和远场条件 26
第2章 光线与几何光学 28
2.1 几何光学的物理基础 28
2.1.1 光线模型 28
2.1.2 光线的实验定律 28
2.2 几何光学的基本原理 32
2.2.1 光传播的可逆性原理
2.2.2 费马原理 33
2.3 棱镜与光纤 34
2.3.1 棱镜对光的折射 34
2.3.2 色散棱镜 36
2.3.3 全反射棱镜 38
2.3.4 光纤 39
2.4 单球面成像 40
2.4.1 折射面、反射面对光线的变换 40
2.4.2 物与像的虚实性 41
2.4.3 傍轴光在单球面上的折射成像 45
2.4.4 高斯光学中的符号约定 54
2.4.5 傍轴光在单球面上的反射成像 56
2.5 薄透镜成像 61
2.5.1 逐次成像法 61
2.5.2 薄透镜的物像公式 62
2.5.3 光具组成像 66
2.5.4 薄透镜成像的作图法 69
2.6 理想共轴光具组成像的高斯定理 71
2.6.1 理想光具组 71
2.6.2 共轴球面系统的基点和基面 73
2.6.3 共轴球面系统的物像关系 77
2.6.4 基点和基平面的确定 79
2.7 非傍轴光线的阿贝正弦条件与齐明点 83
2.7.1 透镜组的阿贝正弦条件 83
2.7.2 齐明透镜与齐明点 84
2.7.3 齐明透镜组 85
2.8 几何光学仪器 86
2.8.1 眼睛 86
2.8.2 目镜 89
2.8.3 物镜 92
2.8.4 显微镜 95
2.8.5 望远镜 97
2.8.6 照相机 99
第3章 光的相干叠加与非相干叠加 102
3.1 光波的叠加原理 102
3.1.1 光波的独立传播定律 102
3.1.2 光波的叠加原理 102
3.2 同频率、同振动方向光波叠加的方法 103
3.2.1 代数法 103
3.2.2 复数法 104
3.2.3 振幅矢量法 105
3.3 光波叠加的强度 106
3.3.1 光波叠加的特点 106
3.3.2 光波叠加强度的计算方法 107
3.3.3 光波的相干叠加与非相干叠加 107
3.3.4 光波的相干条件 110
3.4 波包与群速度 114
3.5 杨氏干涉与相干光的获得 118
3.5.1 干涉装置 118
3.5.2 杨氏干涉的物理过程 119
3.5.3 相干光的获得 121
3.6 干涉图样与干涉强度 121
3.6.1 杨氏双孔干涉 121
3.6.2 杨氏双缝干涉 124
3.6.3 干涉条纹的可见度 125
3.6.4 两列平面光波的干涉 125
3.7 惠更斯-菲涅耳原理 127
3.7.1 次波模型 127
3.7.2 次波的线性叠加:惠更斯-菲涅耳原理 130
3.8 菲涅耳衍射 133
3.8.1 衍射装置与现象 133
3.8.2 用半波带法分析菲涅耳圆孔衍射 134
3.8.3 半波带方程 141
3.8.4 —般情形下的波带 142
3.8.5 菲涅耳半波带的应用——波带片 144
3.9 夫琅禾费单缝和矩孔衍射 146
3.9.1 夫琅禾费单缝衍射装置 146
3.9.2 单缝衍射强度分布 147
3.9.3 单缝衍射图样的特点 152
3.9.4 单缝衍射的应用 155
3.9.5 夫琅禾费矩孔衍射 156
3.10夫琅禾费圆孔衍射 158
3.10.1 圆孔衍射强度 158
3.10.2 衍射图样的特点 160
3.11衍射的0级近似与几何光学 164
3.11.1 衍射中央主极大的特殊性 164
3.11.2 衍射与孔径的关系 165
3.11.3 几何光学是衍射的0级近似 166
3.11.4 望远镜的分辨本领与衍射极限 166
第4章 干涉仪与光的时空相干性 170
4.1 分波前的干涉装置 170
4.1.1 菲涅耳双面镜 171
4.1.2 劳埃德镜 174
4.1.3 菲涅耳双棱镜 175
4.1.4 对切透镜 176
4.2 光的空间相干性 179
4.2.1 光源的非相干性 179
4.2.2 扩展光源对相干性的影响 182
4.3 光的时间相干性 185
4.3.1 非单色光的干涉 185
4.3.2 相干时间 187
4.4 光波在界面处的复振幅 188
4.4.1 菲涅耳公式 188
4.4.2 出现半波损失的特例 192
4.4.3 斯托克斯倒逆关系 195
4.5 薄膜干涉 196
4.5.1 等倾干涉 196
4.5.2 等厚干涉 202
4.6 分振幅的干涉装置 204
4.6.1 迈克耳孙干涉仪 204
4.6.2 马赫-曾德尔干涉仪 209
4.6.3 干涉滤波片 210
4.6.4 牛顿环（圈） 212
4.7 法布里-珀罗干涉仪 214
4.7.1 多光束干涉 214
4.7.2 多光束干涉的光强 214
4.7.3 干涉场的特性 218
第5章 衍射光栅与光谱仪 223
5.1 多缝夫琅禾费衍射 223
5.1.1 衍射强度 224
5.1.2 双缝衍射 234
5.1.3 光栅衍射的特点 235
5.1.4 干涉与衍射的区别和联系 237
5.2 光栅光谱 237
5.2.1 谱线的角宽度和光栅的色分辨本领 238
5.2.2 光栅的色散与自由光谱范围 239
5.3 闪耀光栅 241
5.3.1 问题的提出与解决方案 241
5.3.2 闪耀光栅的结构 242
5.3.3 闪耀光栅衍射的一般性分析 243
5.3.4 两种常用的照明方式 245
5.4 单色仪与光谱仪 245
5.5 正弦光栅 247
5.6 X射线在晶体中的衍射 249
5.6.1 晶格点阵 249
5.6.2 X射线在晶体中的衍射 250
5.6.3 晶体X射线衍射的实验方法 252
第6章 傅里叶变换光学 255
6.1 衍射屏对波前的变换 255
6.1.1 衍射系统的屏函数 255
6.1.2 简单光波场的波前光场 256
6.1.3 透镜的相位变换函数 257
6.1.4 光楔的相位变换函数 260
6.2 接收场的傅里叶变换 261
6.2.1 衍射积分的近似 261
6.2.2 衍射系统的傅里叶变换 263
6.3 夫琅禾费光栅衍射的傅里叶频谱分析 263
6.3.1 屏函数的傅里叶变换 263
6.3.2 周期性屏函数的傅里叶变换 265
6.3.3 非周期性的屏函数的傅里叶变换 267
6.4 阿贝成像原理 269
6.4.1 阿贝成像原理的数学验证 269
6.4.2 阿贝成像原理的实验验证 271
6.4.3 图像处理 273
6.4.4 θ调制 275
6.5 相衬显微镜 276
6.6 全息照相 277
6.6.1 全息照相的基本原理 277
6.6.2 全息照相的装置 280
第7章 光的偏振与双折射 281
7.1 光的偏振特性 281
7.1.1 横波的偏振性 281
7.1.2 起偏与检偏 283
7.2 光的偏振态 284
7.2.1 自然光 284
7.2.2 部分偏振光 284
7.2.3 平面偏振光 285
7.2.4 圆偏振光 286
7.2.5 椭圆偏振光 288
7.3 反射、折射所引起的偏振态的改变 293
7.3.1 偏振态的改变 293
7.3.2 垂直入射的情形 293
7.3.3 布儒斯特定律 294
7.3.4 玻璃片堆和布儒斯特窗 294
7.4 光在晶体中的双折射 296
7.5 单轴晶体中光的波面 300
7.5.1 晶体中o光和e光的波面 300
7.5.2 单轴晶体的惠更斯作图法 302
7.5.3 几种特例 303
7.6 晶体光学器件 304
7.6.1 偏振棱镜 304
7.6.2 波片 306
7.6.3 相位补偿器 308
7.7 波片对光的偏振态的改变 309
7.7.1 光在波晶片中的传播引起的相位差 309
7.7.2 经过波片后光的偏振态的改变 311
7.7.3 偏振态的实验鉴定 317
7.8 偏振光的干涉 319
7.8.1 平行偏振光的干涉装置 319
7.8.2 干涉分析与实验现象 319
7.8.3 偏振光干涉的应用——光测弹性 321
7.9 电光效应 322
7.9.1 克尔效应 322
7.9.2 泡克尔斯效应 323
7.9.3 电光效应的应用 325
7.10 旋光 326
7.10.1 自然旋光 326
7.10.2 磁致旋光 331
7.10.3 磁致旋光的应用 332
第8章 光波与物质的相互作用 335
8.1 光的吸收 335
8.1.1 吸收的实验定律 335
8.1.2 吸收系数与波长的关系 336
8.2 光的色散 338
8.3 光的散射 340
8.3.1 散射现象 340
8.3.2 散射定律 340
8.4 强光在介质中的非线性电极化效应 342
第9章 光的量子性 345
9.1 黑体辐射 345
9.1.1 热辐射 345
9.1.2 黑体辐射的实验规律 347
9.2 光量子 352
9.2.1 普朗克能量分立的谐振子 353
9.2.2 光量子 354
9.2.3 康普顿效应 356
9.2.4 物质的波粒二象性 358
9.3 激光 360
9.3.1 爱因斯坦的辐射理论 360
9.3.2 粒子数反转与光放大 362
习题与答案 365
参考文献 402
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