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引言1

0.1 17世纪前的光学2

0.1.1 古希腊人对光的认识2

0.1.2 阿拉伯人对光学的贡献2

0.1.3 中世纪的光学3

0.1.4 16世纪——文艺复兴的光学3

0.2 17世纪的光学3

0.3 19世纪的光学4

0.4 近代光学5

0.5 运动物体光学6

第1章 光的电磁理论基础7

1.1 麦克斯韦方程与电磁波7

1.1.1 波动方程与电磁波8

1.1.2 电磁波传播速度与介质折射率9

1.2 简谐电磁波与辐射强度10

1.2.1 简谐平面波的传播速度、波长与频率10

1.2.2 电磁波的横波性10

1.2.3 电磁场的能量密度、能流密度与辐射强度11

1.3 简谐光波的偏振性14

1.3.1 光的偏振性质14

1.3.2 线偏振器与马吕斯定律18

1.4 简谐光波的标量描述21

1.4.1 标量平面波和球面波21

1.4.2 波函数的复数表示与复振幅22

1.5 光子与电磁场谱24

1.5.1 光子24

1.5.2 电磁波谱26

1.6 光波在介质界面的传播27

1.6.1 介质界面电磁波反射与折射28

1.6.2 菲涅耳公式29

1.6.3 光强的反射率和透射率34

1.6.4 界面反射光的相位变化38

1.7 光学波导的全反射分析方法42

1.7.1 波导结构与光束传输42

1.7.2 光学波导形成机理43

1.8 负折射率与超材料46

1.8.1 负折射率46

1.8.2 光束在负折射率介质界面传输特性：无球差透镜47

1.8.3 超材料与负折射率47

习题48

第2章 光的干涉50

2.1 光波干涉的基本概念50

2.1.1 波的叠加原理50

2.1.2 波叠加实现相干的基本条件与相干光53

2.1.3 干涉场的衬比度54

2.2 分波前干涉57

2.2.1 普通光源实现相干叠加的方法57

2.2.2 杨氏双孔干涉实验：两个球面波的干涉58

2.2.3 光源宽度对干涉场衬比度的影响61

2.2.4 光场的空间相干性65

2.2.5 光场的时间相干性68

2.2.6 分波前干涉装置及其应用71

2.3 分振幅干涉73

2.3.1 平行平板的等倾干涉74

2.3.2 楔形板的等厚干涉77

2.3.3 几种分振幅干涉仪及其应用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-珀罗干涉仪及其特点91

2.4.3 多光束干涉的应用93

2.5 引力波干涉测量96

习题97

第3章 光的衍射理论基础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 基尔霍夫衍射理论简介103

3.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理103

3.2.2 平面屏衍射的基尔霍夫公式104

3.2.3 巴比涅原理105

3.3 近场衍射和远场衍射106

3.3.1 球面波的傍轴近似和远场近似式106

3.3.2 近场衍射——菲涅耳衍射108

3.3.3 远场衍射——夫琅禾费衍射108

3.4 单缝和矩孔的夫琅禾费衍射110

3.4.1 单缝夫琅禾费衍射111

3.4.2 矩孔夫琅禾费衍射113

3.5 圆孔夫琅禾费衍射与成像系统的分辨本领113

3.5.1 圆孔夫琅禾费衍射113

3.5.2 成像仪器的分辨本领115

3.6 光栅衍射118

3.6.1 位移-相移定理118

3.6.2 一维光栅120

3.6.3 光栅光谱仪122

3.6.4 闪耀光栅124

3.7 菲涅耳衍射126

3.7.1 菲涅耳衍射的波带方法127

3.7.2 菲涅耳波带片133

3.7.3 菲涅耳衍射的数值分析135

3.8 衍射极限与超分辨成像137

3.8.1 衍射极限137

3.8.2 超分辨成像137

习题140

第4章 傅里叶光学基础142

4.1 线性系统与波前变换142

4.1.1 线性系统与线性变换142

4.1.2 衍射系统与波前变换144

4.2 薄透镜相位变换器与傅里叶光学变换145

4.2.1 薄透镜的相位变换函数145

4.2.2 透镜衍射的傅里叶变换性质147

4.2.3 余弦光栅的衍射场150

4.3 阿贝成像原理与空间滤波152

4.3.1 阿贝成像原理152

4.3.2 阿贝-波特实验与空间滤波154

4.3.3 策尼克相衬显微镜156

4.4 相干光信息处理简例157

4.4.1 4F图像处理系统157

4.4.2 图像的相加和相减处理方法159

4.5 透镜相干成像的衍射分析161

4.5.1 正透镜的点扩展函数161

4.5.2 物像关系的衍射理论分析163

4.5.3 相干成像系统的光学传递函数164

4.6 非相干成像系统的频谱分析165

4.6.1 非相干成像系统的强度传递函数165

4.6.2 无像差系统的传递函数166

4.6.3 像差对成像系统的影响168

4.7 光学全息169

4.7.1 全息术的基本原理169

4.7.2 典型全息图173

4.7.3 全息图应用简介175

习题177

第5章 晶体光学181

5.1 晶体双折射181

5.1.1 双折射现象181

5.1.2 单轴晶体中的波面184

5.1.3 晶体中的惠更斯作图法185

5.1.4 晶体双折射的四个重要情形186

5.2 晶体光学器件188

5.2.1 晶体偏振器188

5.2.2 波晶片190

5.2.3 晶体补偿器192

5.3 圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验194

5.3.1 通过波晶片后的偏振态分析194

5.3.2 椭圆偏振光和圆偏振光的产生194

5.3.3 偏振光的检验方法196

5.4 偏振光干涉196

5.4.1 单色偏振光干涉196

5.4.2 显色偏振与偏振滤光器200

5.4.3 偏振光的应用202

5.5 旋光效应203

5.5.1 自然旋光效应203

5.5.2 法拉第效应——磁致旋光效应206

5.5.3 旋光效应的应用208

5.6 电光效应210

5.6.1 泡克耳斯效应——线性电光效应210

5.6.2 克尔效应——平方电光效应211

5.7 光电器件213

习题218

第6章 光的吸收、色散和散射221

6.1 介质对光的吸收221

6.1.1 朗伯吸收定律221

6.1.2 比尔吸收定律222

6.1.3 对吸收系数的进一步说明222

6.1.4 吸收光谱223

6.2 介质对光的色散224

6.2.1 正常色散和反常色散224

6.2.2 色散和吸收现象的经典理论解释226

6.2.3 波包的相速度和群速度228

6.3 介质对光的散射231

6.3.1 散射现象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 非线性光学235

6.4.1 介质非线性极化235

6.4.2 光学二次谐波237

6.4.3 三阶非线性光学现象239

6.4.4 二阶非线性极化与三波混频240

6.4.5 三阶非线性极化与四波混频243

习题245

参考文献246

附录A矢量分析247

A.1 散度、旋度和梯度247

A.2 Gauss公式和Stokes公式247

A.3 有关？算子的运算公式248

附录B傅里叶变换249

B.1 周期函数的傅里叶级数分解249

B.2 傅里叶变换249

B.2.1 一维傅里叶变换249

B.2.2 二维傅里叶变换249

B.2.3 典型函数的傅里叶变换250

B.3 傅里叶变换的性质和定理251

B.3.1 线性定理251

B.3.2 守恒定理251

B.3.3 缩放定理251

B.3.4 相移定理252

B.3.5 共轭定理252

B.3.6 积分微分定理252

B.3.7 卷积定理252

B.3.8 反比性质252