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目录1

绪论 光本性认识简史1

§0.1 17世纪中叶之前1

§0.2 17世纪中叶至19世纪 光的微粒说和波动说2

§0.3 20世纪 波粒二象性7

第一章 光波的基本性质10

§1.1 光的电磁理论基础10

1.1.1 麦克斯韦方程组和物质方程10

1.1.2 电磁波的波动微分方程13

1.2.1 光波的分类15

§1.2 光波的波函数15

1.2.2 一维简谐波16

1.2.3 三维简谐平面波19

1.2.4 球面波22

1.2.5 共轭光波26

§1.3 平面电磁波的性质28

1.3.1 电磁波的横波性质28

1.3.2 电磁波的矢量性质28

1.3.3 电场波和磁场波的关系30

1.3.4 平面电磁波的能量传播特性30

§1.4 电磁波在两种均匀各向同性透明媒质界面上的反射和折射32

1.4.1 电磁场的边界条件33

1.4.2 折、反射定律34

1.4.3 菲涅耳公式35

1.4.4 全反射的性质及其应用41

习题44

第二章 衍射和傅里叶光学的数理基础51

§2.1 常用非初等函数51

2.1.1 标准形式的一维非初等函数51

2.1.2 一维非初等函数的一般形式54

2.1.3 常用二维非初等函数55

2.2.1 δ函数和梳状函数58

§2.2 光学中常用的特殊函数58

2.2.2 贝塞尔函数63

§2.3 傅里叶变换的基本概念及运算64

2.3.1 傅里叶级数及频谱的概念64

2.3.2 一维傅里叶变换的定义和运算举例66

2.3.3 广义傅里叶变换67

2.3.4 二维傅里叶变换69

§2.4 傅里叶变换的性质和有关定理71

2.4.1 傅里叶变换的性质71

2.4.2 傅里叶变换定理72

2.5.1 平面波基元函数分析方法75

§2.5 光波的傅里叶分析75

2.5.2 复杂波的分解76

习题79

第三章 光的干涉82

§3.1 干涉的基本理论82

3.1.1 波的叠加原理82

3.1.2 光波叠加综述83

3.1.3 双光束干涉的基本条件88

3.1.4 两个平面波的干涉90

3.1.5 两个球面波的干涉95

3.2.1 杨氏实验98

§3.2 分波面干涉98

3.2.2 光波的相干性106

3.2.3 分波面干涉的应用110

§3.3 分振幅干涉112

3.3.1 干涉条纹的定域性质113

3.3.2 平行平板的等倾干涉114

3.3.3 楔形板和薄膜的等厚干涉117

3.3.4 双臂式分振幅干涉仪及其应用125

§3.4 多光束干涉134

3.4.1 平行平板的多光束干涉134

3.4.2 法布里—珀罗干涉仪及其条纹分布规律136

3.4.3 法布里—珀罗干涉仪的应用139

3.4.4 薄膜光学基础143

习题148

第四章 光的衍射153

§4.1 标量衍射理论基础153

4.1.1 衍射问题概述153

4.1.2 惠更斯-菲涅耳原理154

4.1.3 基尔霍夫衍射积分公式155

4.1.4 菲涅耳衍射和夫琅和费衍射158

4.1.5 一维孔径的衍射160

4.1.6 在有限距离观察夫琅和费衍射的方法161

§4.2 衍射和傅里叶变换164

4.2.1 计算衍射问题的傅里叶变换方法164

4.2.2 衍射问题的角谱分析方法165

4.2.3 泰伯效应168

§4.3 单孔的夫琅和费衍射170

4.3.1 单缝的夫琅和费衍射170

4.3.2 矩孔的夫琅和费衍射174

4.3.3 圆孔的夫琅和费衍射174

4.3.4 光学成像系统的分辩本领178

4.3.5 特殊物体的夫琅和费衍射181

4.3.6 夫琅和费衍射图形的性质185

§4.4 衍射光栅188

4.4.1 一维振幅光栅188

4.4.2 二维振幅光栅197

4.4.3 凹面光栅198

4.4.4 位相光栅201

4.4.5 三维光栅207

§4.5 菲涅耳衍射209

4.5.1 菲涅耳半波带法210

4.5.2 菲涅耳波带板214

4.5.3 菲涅耳积分法219

习题224

第五章 傅里叶光学229

§5.1 光学傅里叶变换229

5.1.1 薄透镜的位相变换因子229

5.1.2 透镜的傅里叶变换性质231

5.1.3 傅里叶变换运算的光学模拟235

§5.2 光学系统的频谱分析239

5.2.1 二维线性空间不变系统239

5.2.2 光学系统的频域描述 传递函数241

5.2.3 光学成像系统的相干传递函数244

5.2.4 光学传递函数249

5.2.5 相干与非相干成像系统的比较255

§5.3 光学信息处理256

5.3.1 早期的研究成果257

5.3.2 复数空间滤波器的综合259

5.3.3 光学图像识别261

5.3.4 改善图像质量的相干光处理技术267

5.3.5 非相干光学信息处理270

§5.4 全息术277

5.4.1 全息术的基本原理277

5.4.2 平面全息图理论280

5.4.3 体积全息图291

5.4.4 计算机全息图294

5.4.5 全息术的应用300

习题304

第六章 光的偏振及晶体光学基础311

§6.1 光传播的各向异性过程及各向异性媒质311

6.1.1 双折射现象及其启示311

6.1.2 偏振光的应用价值311

6.1.3 偏振的描述和分类312

6.1.4 光波传播中的各向异性过程315

6.1.5 偏振光的Jones矢量表示317

6.2.1 晶体的光学各向异性及其描述319

§6.2 晶体光学概述319

6.2.2 晶体中的光波325

6.2.3 平面光波在单轴晶体中的传播326

6.2.4 光波在晶体界面上的折射和反射329

6.2.5 旋光335

§6.3 偏振光的产生、转换和检验338

6.3.1 线偏振光的产生和检验339

6.3.2 椭圆偏振光的产生和波片345

6.3.3 椭圆偏振光的检验356

6.4.2 平行偏振光干涉358

6.4.1 概述358

§6.4 偏振光的干涉358

6.4.3 会聚偏振光干涉361

§6.5 人为双折射364

6.5.1 应力双折射——光弹性效应364

6.5.2 电致双折射——电光效应365

6.5.3 磁光效应368

习题370

第七章 量子光学基础375

§7.1 光的量子性375

7.1.1 辐射与能量子概念375

7.1.2 光电效应与光量子概念377

7.1.3 康普顿散射和光量子性的进一步证实379

7.1.4 光的波粒二象性380

§7.2 原子激发与发光的量子理论381

7.2.1 α粒子散射和原子的核式结构382

7.2.2 氢原子光谱和玻尔原子模型382

7.2.3 量子力学和原子发光385

7.2.4 光谱线的展宽393

§7.3 激光和激光器396

7.3.1 激活介质中的光放大396

7.3.2 谐振腔中的光振荡399

7.3.3 激光的速率方程理论400

7.3.4 激光的模式401

7.3.5 典型激光器403

§7.4 现代光量子理论基础409

7.4.1 矢量空间和线性算符410

7.4.2 一维谐振子412

7.4.3 电磁场的量子化415

7.4.4 相干光子态418

7.4.5 密度算符和量子分布421

7.4.6 光子光学简介425

习题427

参考文献430