光学（第6版）

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
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
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
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
0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
1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
习题201
2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
3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
4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
习题250
5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
6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
7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
第四部分衍射
8章夫琅禾费衍射：Ⅰ331
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
18.10X射线衍射364
18.11自聚焦现象368
小结371
习题372
9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
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
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
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
26.10EPR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色散和优选比特率的关系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
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
31.4μ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
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