目 录
第1章 光学史 1
第2章 光是什么: 简要发展史 12
2.1 引言 12
2.2 光的微粒模型 13
2.3 光的波动模型 15
2.4 麦克斯韦电磁波 18
2.5 与光波相联系的“位移”是什么 20
2.6 偏振的概念 20
2.7 辐射的粒子性 20
2.8 波粒二象性 22
2.9 不确定原理 23
2.10 单缝衍射实验 24
2.11 物质波的概率解释 25
2.12 对干涉实验的理解 27
2.13 分光束实验 28
2.14 光子的偏振 30
习题 32
第一部分 几何光学
第3章 费马原理及其应用 35
3.1 引言 35
3.2 从费马原理推导反射定律和折射定律 37
3.3 非均匀介质中的光线路径 42
3.4 光线方程与它的解 48
3.5 光线在各向同性介质和各向异性介质的分界面的折射 57
小结 61
习题 61
第4章 光线经过球面的折射与反射 66
4.1 引言 66
4.2 在单一球面上的折射 67
光学(第6 版)
12
4.3 在单一球面上的反射 70
4.4 薄透镜 71
4.5 透镜的主焦点和焦距 72
4.6 牛顿公式 74
4.7 横向放大率 74
4.8 球面的齐明点(不晕点) 76
4.9 笛卡儿卵形面 78
4.10 齐明点存在的几何证明 78
4.11 正弦条件 79
小结 81
习题 82
第5章 傍轴光学的矩阵方法 84
5.1 引言 84
5.2 矩阵方法 86
5.3 主平面(单位面) 93
5.4 节平面 95
5.5 两薄透镜构成的系统 97
小结 100
习题 101
第6章 像差 102
6.1 引言 102
6.2 色差 103
6.3 单色像差 106
6.4 畸变 115
小结 116
习题 117
第二部分 振动与波动
第7章 简谐振动、受迫振动和折射率的起源 121
7.1 引言 121
7.2 简谐振动 121
7.3 阻尼简谐振动 127
7.4 受迫振动 129
7.5 折射率的起源 132
7.6 瑞利散射 138
小结 139
目录
13
习题 140
第8章 傅里叶级数及其应用 144
8.1 引言 144
8.2 弹拨弦上的横向振动 147
8.3 傅里叶级数在研究受迫振动中的应用 150
8.4 傅里叶积分 151
小结 153
习题 153
第9章 狄拉克δ函数和傅里叶变换 155
9.1 引言 155
9.2 狄拉克δ函数的表示 155
9.3 狄拉克δ函数的积分表示 156
9.4 作为分布函数的δ函数 157
9.5 傅里叶积分定理 158
9.6 二维和三维傅里叶变换 161
小结 162
习题 163
第10章 群速度和脉冲色散 165
10.1 引言 165
10.2 群速度 165
10.3 波包的群速度 171
10.4 自相位调制 178
小结 181
习题 182
第11章 波的传播和波动方程 185
11.1 引言 185
11.2 正弦波: 频率和波长的概念 187
11.3 波的种类 189
11.4 波动的能量传播 189
11.5 一维波动方程 191
11.6 拉紧弦的横向波动 191
11.7 固体中的纵声波 192
11.8 气体中的纵波 194
11.9 一维波动方程的通解 196
小结 200
光学(第6 版)
14
习题 201
第12章 惠更斯原理及其应用 203
12.1 引言 203
12.2 惠更斯原理 203
12.3 光的直线传播 205
12.4 应用惠更斯原理研究折射与反射 206
12.5 非均匀介质中的惠更斯原理 214
小结 214
习题 215
第三部分 干 涉
第13章 波的叠加 219
13.1 引言 219
13.2 弦上驻波 220
13.3 在一根两端固定的弦上的驻波 222
13.4 光驻波: 艾夫斯和维纳实验 223
13.5 两个正弦波的叠加 224
13.6 研究正弦波叠加的图解法 225
13.7 复数表示法 227
小结 227
习题 228
第14章 双光束干涉: 波前分割法 229
14.1 引言 229
14.2 在水面上产生的干涉图样 230
14.3 相干性 234
14.4 光波的干涉 235
14.5 干涉图样 236
14.6 强度分布 238
14.7 菲涅耳双面镜装置 244
14.8 菲涅耳双棱镜 245
14.9 白光干涉 246
14.10 条纹的位移 247
14.11 洛埃镜装置 248
14.12 反射时的相位变化 249
小结 250
目录
15
习题 250
第15章 双光束干涉: 振幅分割法 253
15.1 引言 254
15.2 平面波照射平行平面薄膜产生的干涉 254
15.3 余弦律 256
15.4 消反射膜 257
15.5 增反射膜 263
15.6 周期性结构产生的反射 263
15.7 点光源照明平行平面薄膜产生的干涉 269
15.8 两反射面不平行的薄膜产生的干涉 272
15.9 薄膜的颜色 276
15.10 牛顿环 277
15.11 迈克耳孙干涉仪 282
小结 285
习题 286
第16章 多光束干涉量度学 288
16.1 引言 288
16.2 平行平面薄膜上的多次反射 289
16.3 法布里-珀罗标准具 291
16.4 法布里-珀罗干涉仪 295
16.5 分辨本领 296
16.6 陆末-格尔克板 300
16.7 干涉滤光片 301
小结 302
习题 302
第17章 相干性 304
17.1 引言 304
17.2 光源的线宽 308
17.3 空间相干性 309
17.4 迈克耳孙测星干涉仪 311
17.5 光学拍 313
17.6 相干时间和光源线宽的傅里叶分析 316
17.7 复相干度和杨氏双孔实验中的条纹可见度 318
17.8 傅里叶变换光谱学 320
小结 327
习题 328
光学(第6 版)
16
第四部分 衍 射
第18章 夫琅禾费衍射: Ⅰ 331
18.1 引言 331
18.2 单缝衍射图样 333
18.3 圆孔衍射 338
18.4 激光束的定向性 341
18.5 分辨极限 347
18.6 双缝的夫琅禾费衍射图样 351
18.7 多缝的夫琅禾费衍射图样 355
18.8 衍射光栅 358
18.9 斜入射 363
18.10 X射线衍射 364
18.11 自聚焦现象 368
小结 371
习题 372
第19章 夫琅禾费衍射Ⅱ和傅里叶光学 375
19.1 引言 375
19.2 菲涅耳衍射积分 375
19.3 均匀振幅和相位分布 377
19.4 夫琅禾费近似 378
19.5 长狭缝的夫琅禾费衍射 379
19.6 矩形孔的夫琅禾费衍射 380
19.7 圆孔的夫琅禾费衍射 381
19.8 全同孔阵列 383
19.9 空间滤波 385
19.10 薄透镜的傅里叶变换性质 388
小结 391
习题 392
第20章 菲涅耳衍射 393
20.1 引言 393
20.2 菲涅耳半波带法 394
20.3 波带片 398
20.4 处理菲涅耳衍射更严谨的方法 400
20.5 高斯光束的传播 402
20.6 直边衍射 404
目录
17
20.7 平面波经长狭缝的菲涅耳衍射以及向夫琅禾费衍射的过渡 409
小结 412
习题 414
第21章 全息术 417
21.1 引言 418
21.2 全息术基本理论 419
21.3 全息术的要求 424
21.4 全息术的一些应用 424
小结 427
习题 427
第五部分 光的电磁特性
第22章 偏振与双折射 431
22.1 引言 432
22.2 马吕斯定律 435
22.3 偏振光的产生 436
22.4 两个矢量波动的叠加 440
22.5 双折射现象 446
22.6 偏振光干涉: 四分之一波片与二分之一波片 451
22.7 偏振光的分析 454
22.8 光学旋光 455
22.9 光束在椭圆芯单模光纤中传输时偏振态的变化 457
22.10 沃拉斯顿棱镜 459
22.11 罗雄棱镜 461
22.12 各向异性介质中平面电磁波的传播 461
22.13 射线速度与射线折射率 466
22.14 琼斯运算法 469
22.15 法拉第旋光 476
22.16 光学旋光现象的理论解释 479
22.17 法拉第旋光现象的理论解释 481
习题 483
第23章 电磁波 488
23.1 引言 488
23.2 麦克斯韦方程组 489
23.3 电介质中的平面波 490
23.4 电介质中的三维波动方程 495
光学(第6 版)
18
23.5 坡印亭矢量 497
23.6 电磁波的能量密度和强度 500
23.7 电磁波在吸收介质中的传播 502
23.8 电磁波在导电介质中的传播 503
23.9 辐射压强 505
23.10 连续性条件 507
23.11 麦克斯韦方程组的物理意义 509
小结 511
习题 512
第24章 电磁波的反射与折射 514
24.1 引言 514
24.2 两介质分界面上的反射和折射 514
24.3 正入射情况 516
24.4 斜入射: E 矢量平行于入射面 523
24.5 反射起偏: 布儒斯特定律 526
24.6 全内反射和隐失波 527
24.7 斜入射: E 矢量垂直于入射面 529
24.8 反射率和透射率 532
24.9 隐失波的坡印亭矢量计算 534
24.10 电介质薄膜上的反射 539
小结 541
习题 542
第六部分 光 子
第25章 辐射的粒子性 547
25.1 引言 548
25.2 光电效应 549
25.3 康普顿效应 553
25.4 光子的角动量 557
25.5 光镊效应 559
小结 561
习题 561
第26章 光子的量子性与光子纠缠 563
26.1 引言 563
26.2 利用强度分束器的光子实验 563
26.3 利用偏振片的光子实验 564
目录
19
26.4 利用偏振分束器的光子实验 565
26.5 波粒二象性 567
26.6 薛定谔方程 568
26.7 一维自由粒子 569
26.8 电子的单缝衍射 574
26.9 电子的双缝干涉 575
26.10 EPR佯谬与贝尔不等式的简单分析 576
小结 583
习题 583
第七部分 激光与光纤光学
第27章 激光导论 589
27.1 引言 590
27.2 光纤激光器 597
27.3 红宝石激光器 600
27.4 氦氖激光器 602
27.5 光学谐振腔 604
27.6 爱因斯坦系数和光放大 610
27.7 线型函数 618
27.8 红宝石激光器的典型参数 620
27.9 激光束的单色性 621
27.10 拉曼放大和拉曼激光器 622
小结 627
习题 628
第28章 光纤光学Ⅰ: 基于射线光学的基本概念 630
28.1 引言 631
28.2 一些历史评述 632
28.3 全反射 635
28.4 光纤 636
28.5 为什么是玻璃纤维 639
28.6 相干光纤束 640
28.7 数值孔径 641
28.8 光纤的损耗 642
28.9 多模光纤 645
28.10 多模光纤中的脉冲色散 647
28.11 色散和最大比特率的关系 651
28.12 折射率幂率分布的多模光纤模间色散的通用表示 653
光学(第6 版)
20
28.13 塑料光纤 654
28.14 光纤传感器 654
习题 658
第29章 光纤光学Ⅱ: 波导的基本理论与模式的概念 661
29.1 引言 661
29.2 对称平板阶跃波导的TE模式 662
29.3 理解模式的物理意义 668
29.4 对称阶跃型平板波导的TM 模式 670
29.5 折射率分布为抛物线型的平板波导中的TE模式 671
29.6 波导理论和量子力学的类比 673
习题 676
第30章 光纤光学Ⅲ: 单模光纤 678
30.1 引言 678
30.2 基本方程 678
30.3 阶跃折射率光纤中的导模 681
30.4 单模光纤 685
30.5 单模光纤中的脉冲色散 688
30.6 色散补偿光纤 691
30.7 近期的光纤通信系统 694
习题 696
第八部分 狭义相对论
第31章 狭义相对论Ⅰ: 时间膨胀和长度收缩 701
31.1 引言 701
31.2 运动观察者观测到的光速 703
31.3 时间的膨胀 703
31.4 μ介子实验 705
31.5 长度的收缩 707
31.6 以长度收缩的角度理解μ介子实验 708
31.7 运动列车的长度收缩 709
31.8 两事件的同时性 710
31.9 双生子佯谬 711
31.10 迈克耳孙-莫雷实验 714
31.11 简要的历史评述 717
目录
21
习题 718
第32章 狭义相对论Ⅱ: 质能关系 720
32.1 引言 720
32.2 质能关系 720
32.3 多普勒频移 724
习题 726
第33章 狭义相对论Ⅲ: 洛伦兹变换 727
33.1 引言 727
33.2 洛伦兹变换 727
33.3 速度变换(速度相加规则) 730
33.4 动量矢量分量的变换规则 732
33.5 纵向和横向的多普勒频移 733
习题 734
参考文献与推荐读物 735
附录A 伽马函数和与高斯函数相关的积分 744
附录B 关于积分∫∞
-∞
singx
x dx 746
附录C 光纤布拉格光栅的反射率 747
附录D 高斯光束的衍射 749
附录E 衍射积分公式的简单推导 751
附录F 薛定谔方程的启发性推导以及方程的解 753
附录G 平板波导中的TE模式与TM 模式 755
附录H 抛物线型折射率波导中的模式解 757
