物理光学

目录
第1章 光的电磁理论基础 1
1.1 麦克斯韦方程组 1
1.2 麦克斯韦理论的验证 6
1.2.1 证实麦克斯韦假设的位移电流 7
1.2.2 证实电磁波的传播速度等于光速 7
1.2.3 证明电磁波与光波具有同一性 7
1.3 物质方程 8
1.4 边界条件 10
1.4.1 B和D的法向分量情况 10
1.4.2 E和H的切向分量情况 11
1.5 波动方程 13
1.6 波函数 13
1.7 电磁波谱 19
1.8 电磁场的能量守恒定律 22
1.9 光压 24
1.10 光的偏振 26
1.10.1 光的偏振态 26
1.10.2 偏振片 37
1.10.3 马吕斯定律 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 光波在金属表面上的反射和折射 83
习题 91
第2章 相干和干涉 95
2.1 单色波的干涉 95
2.1.1 杨氏双缝干涉 95
2.1.2 两束单色波的干涉 99
2.1.3 三束单色波的干涉 102
2.1.4 多束单色波的干涉 104
2.2 条纹能见度 105
2.3 时间相干性 106
2.3.1 波长不同的两个波的叠加 107
2.3.2 三波长叠加 108
2.3.3 多波长叠加 109
2.3.4 宽谱叠加 110
2.3.5 光谱的线宽 112
2.4 空间相干性 117
2.4.1 光源 117
2.4.2 部分空间相干性 118
2.4.3 激光的相干性 121
2.5 等倾干涉 122
2.5.1 平行平面玻板的干涉图像 122
2.5.2 多光束干涉条纹的精细度 124
2.5.3 多光束干涉图样的特点 125
2.5.4 法布里-珀罗干涉仪的结构 126
2.5.5 干涉仪的应用 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—牛顿环 142
2.7 迈克耳孙干涉仪 146
*2.8 波面剪切干涉仪 151
2.8.1 与理想平面参考波的干涉 151
2.8.2 波面剪切干涉仪 152
*2.9 激光外差干涉测量 153
*2.10 基于光纤干涉的温度和折射率传感 154
2.10.1 微结构光纤传感器的制备 154
2.10.2 传感方案及原理 155
2.10.3 温度传感和折射率传感 158
习题 159
第3章 衍射理论 164
3.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理 166
3.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 167
3.2.1 傍轴近似及衍射公式 170
3.2.2 菲涅耳近似及衍射公式 170
3.2.3 夫琅禾费近似及衍射公式 173
3.2.4 菲涅耳近似和夫琅禾费近似正确的区域 174
3.3 索末菲条件 174
3.4 巴比涅原理 175
3.5 夫琅禾费衍射 175
3.5.1 夫琅禾费衍射花样的对称特性 175
3.5.2 透镜对光场的傅里叶变换 179
3.5.3 单缝的夫琅禾费衍射 179
3.5.4 双缝的夫琅禾费衍射 182
3.5.5 多缝的夫琅禾费衍射 184
3.5.6 矩孔的夫琅禾费衍射 188
3.5.7 振幅型正弦光栅的傅里叶变换 190
3.5.8 圆孔的夫琅禾费衍射 192
3.6 菲涅耳波带 201
3.6.1 菲涅耳波带法 201
3.6.2 圆孔衍射 204
3.6.3 圆屏衍射 206
3.6.4 直边衍射 206
3.6.5 波带片 211
3.6.6 微光学透镜 212
3.7 菲涅耳衍射 213
3.7.1 圆孔的菲涅耳衍射 213
3.7.2 双圆孔的菲涅耳衍射 218
3.7.3 圆屏的菲涅耳衍射 220
3.7.4 直边的菲涅耳衍射 222
3.7.5 矩孔的菲涅耳衍射 224
3.7.6 单缝的菲涅耳衍射 228
3.7.7 双缝的菲涅耳衍射 230
3.7.8 多缝的菲涅耳衍射 231
3.7.9 任意孔径的菲涅耳衍射 235
3.7.10 棱镜的传输 238
3.7.11 透镜的传输 239
3.8 衍射问题在频率域中的表示 240
3.8.1 基尔霍夫衍射 240
3.8.2 菲涅耳衍射 242
3.8.3 夫琅禾费衍射 243
3.8.4 衍射孔径的频谱效应 243
3.9 几种常用光学成像系统的分辨本领 244
3.9.1 人眼的分辨本领 245
3.9.2 望远镜的*小分辨角 246
3.9.3 照相物镜的分辨本领 246
3.9.4 显微镜的分辨本领 246
3.10 光谱仪 250
3.10.1 光栅光谱仪中的衍射光栅 250
3.10.2 棱镜光谱仪 252
*3.10.3 双光栅测振仪 254
习题 260
第4章 傅里叶光学 264
4.1 时间频谱和空间频谱 264
4.2 光栅的衍射和角谱 266
4.3 傅里叶变换 270
4.4 傅里叶变换基本定理 273
4.5 常用函数及其傅里叶变换 277
4.6 傅里叶变换定理的光学模拟 292
4.7 抽样定理 296
4.8 光学系统的拦光效应和低通滤波 298
4.8.1 相干成像系统和相干传递函数 299
4.8.2 非相干成像系统和光学传递函数 302
4.9 光学传递函数 306
4.9.1 光学传递函数仪 306
4.9.2 光学传递函数与成像质量 307
4.10 阿贝成像理论和阿贝-波特实验 312
*4.11 近场衍射模拟 324
*4.12 光束通过非均匀介质的传输—分步傅里叶变换 329
*4.13 M-Z点衍射干涉仪 332
习题 335
第5章 薄膜光学基础 338
5.1 薄膜在光学技术中的应用 338
5.2 单层膜 339
5.3 多层膜 343
5.4 薄膜的特征矩阵 344
5.5 多层膜的能量反射率 347
5.6 干涉色 358
5.7 平板波导 360
*5.8 金属包覆介质波导 364
习题 372
第6章 晶体光学 373
6.1 晶体 373
6.1.1 晶体的对称性及分类 373
6.1.2 几个基本概念 373
6.1.3 晶体的介电张量 375
6.2 各向异性介质中的电磁波 376
6.2.1 相速度和光线速度 377
6.2.2 波法线菲涅耳方程和光线菲涅耳方程 378
6.2.3 各向异性介质内平面电磁波的传播特点 379
6.3 晶体光学性质的图形表示 381
6.3.1 折射率椭球 381
6.3.2 菲涅耳椭球 383
6.3.3 折射率曲面 384
6.3.4 波矢曲面 386
6.3.5 法线曲面 387
6.3.6 光线曲面 388
6.3.7 确定波法线方向的斯涅耳作图法 389
6.3.8 直接得到光线方向的惠更斯作图法 390
6.4 偏振器件 391
6.4.1 位相延迟片 391
6.4.2 补偿器 393
6.4.3 偏振棱镜 394
6.4.4 双像棱镜 396
6.5 电光效应 397
6.5.1 电光效应的描述 397
6.5.2 晶体的线性电光效应 402
6.5.3 晶体的二次电光效应 403
6.5.4 晶体的电光效应的应用举例 406
6.6 声光效应 410
6.6.1 声光效应的描述 411
6.6.2 声光衍射 412
6.7 旋光现象 417
6.8 磁光效应 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 会聚偏振光的干涉 420
6.10 偏振光和偏振器件的矩阵表示 423
习题 428
第7章 光的量子理论 432
7.1 热辐射定律与光量子化 432
7.2 爱因斯坦光子理论—光电效应 438
7.3 康普顿效应 443
7.4 波粒二象性 446
7.5 不确定关系 449
习题 450