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第1章 光的电磁理论1

1.1电场与磁场1

1.1.1电荷和电场1

1.1.2电流和磁场2

1.2电磁感应与麦克斯韦方程组3

1.2.1电磁感应定律3

1.2.2位移电流4

1.2.3麦克斯韦方程组5

1.3介质的电磁性质5

1.3.1介质的极化6

1.3.2介质的磁化7

1.3.3介质中的麦克斯韦方程组9

1.3.4时谐电磁场及其复数形式11

1.4电磁场的边值关系13

1.5电磁场的能量15

1.5.1坡印廷定理15

1.5.2坡印廷矢量17

1.6电磁场的动量18

1.6.1电磁场的动量守恒定律19

1.6.2光压的应用19

1.7波动方程20

习题22

第2章 光波与介质的基本性质23

2.1平面波23

2.1.1平面波的表达23

2.1.2平面波的共轭25

2.1.3平面波的性质26

2.2球面波和柱面波29

2.3折射率31

2.3.1复折射率的产生31

2.3.2光的吸收32

2.3.3光的色散33

2.4平面波的叠加34

2.4.1两个同频率、同向传播光波的叠加35

2.4.2两个同频率、反向传播光波的叠加37

2.4.3两个不同频率、同向传播光波的叠加38

2.4.4两个振动方向互相垂直的光波的叠加40

2.5平面波在两介质界面上的反射和折射43

2.5.1折射定律和反射定律43

2.5.2菲涅耳公式44

2.5.3菲涅耳公式的图形表示46

2.5.4界面上光的能量关系49

2.5.5全反射53

2.5.6维纳实验56

2.6平面波在金属表面的反射和透射57

2.7电偶极子辐射59

2.8光散射61

2.8.1散射系数和散射截面62

2.8.2弹性散射62

2.8.3非弹性散射64

2.9光压的计算64

习题65

第3章 干涉68

3.1光的相干性68

3.1.1相干条件68

3.1.2杨氏实验69

3.1.3光源大小与条纹对比度71

3.1.4光源光谱与条纹对比度74

3.1.5两相干光波振幅比与条纹对比度77

3.1.6相干长度77

3.1.7时空相干性、互相干函数和复相干度79

3.2分波面干涉81

3.3分振幅双光束干涉85

3.3.1平行平板干涉85

3.3.2非平行板干涉88

3.3.3分振幅双光束干涉仪90

3.4分振幅多光束干涉95

3.4.1平行平板的多光束干涉95

3.4.2法布里-珀罗干涉仪100

3.4.3光学薄膜104

3.4.4平面波导113

3.4.5光子晶体114

3.5干涉条纹分析117

3.5.1条纹计数和相位解缠118

3.5.2外差干涉检测119

3.5.3相移干涉检测119

3.5.4动态干涉检测121

习题122

第4章 衍射127

4.1基尔霍夫衍射127

4.2瑞利-索末菲衍射129

4.2.1第一类瑞利-索末菲衍射130

4.2.2第二类瑞利-索末菲衍射130

4.2.3r？λ条件下的衍射131

4.3菲涅耳衍射与夫琅和费衍射133

4.4近距离上的夫琅和费衍射134

4.4.1平面波照明孔径135

4.4.2球面波照明孔径136

4.4.3夫琅和费衍射公式的意义137

4.5典型孔径的夫琅和费衍射138

4.5.1矩孔衍射138

4.5.2圆孔衍射140

4.5.3光学成像系统的分辨本领142

4.5.4夫琅和费衍射的性质144

4.6光栅的夫琅和费衍射146

4.6.1双缝衍射147

4.6.2多缝衍射148

4.6.3光栅方程151

4.6.4典型光栅153

4.7菲涅耳衍射155

4.7.1菲涅耳波带法155

4.7.2菲涅耳波带片157

4.7.3菲涅耳积分法159

4.8光学全息163

4.8.1全息基本原理163

4.8.2盖博全息164

4.8.3离轴全息165

4.8.4余弦波带片166

4.8.5全息图物像关系167

4.8.6白光再现全息171

4.8.7全息术的应用172

习题173

第5章 傅里叶光学177

5.1空间频率和线性系统177

5.1.1空间频率177

5.1.2线性空间不变系统178

5.1.3线性空间不变系统的频域分析180

5.2平面波角谱181

5.2.1角谱及其物理意义181

5.2.2角谱的传播182

5.2.3孔径对角谱的作用183

5.3衍射现象的傅里叶分析184

5.3.1夫琅和费衍射的傅里叶分析184

5.3.2菲涅耳衍射的傅里叶分析186

5.4透镜的傅里叶变换和成像性质187

5.4.1薄透镜复振幅透过率函数187

5.4.2透镜的傅里叶变换性质189

5.4.3透镜的成像性质191

5.4.4阿贝成像理论192

5.5光学成像系统频域分析193

5.5.1相干光学成像系统194

5.5.2非相干光学成像系统196

5.5.3有像差成像系统的传递函数200

5.5.4相干和非相干成像比较202

5.6光学信息处理203

5.6.1非相干光学信息处理203

5.6.2相干光学信息处理204

5.6.3光学相关目标识别209

习题211

第6章 光的偏振性及应用215

6.1偏振态的描述215

6.1.1琼斯矢量215

6.1.2偏振光的产生216

6.2晶体光学219

6.2.1晶体的光学各向异性219

6.2.2菲涅耳方程221

6.2.3单色平面波在晶体中的传播224

6.2.4晶体光学性质的图形法分析226

6.2.5平面波在晶体表面的折射和反射231

6.2.6单轴晶体中光波的确定232

6.2.7晶体的偏光干涉236

6.2.8电光效应240

6.2.9旋光和磁光效应243

6.2.10弹光-声光效应245

6.3偏振器件247

6.3.1双折射型偏振器和分束器248

6.3.2波片和补偿器249

6.3.3光隔离器250

6.3.4偏振器件的琼斯矩阵表示251

6.4偏振光的检测254

6.4.1偏振光的测量254

6.4.2偏振光测量仪器255

6.4.3斯托克斯矢量和穆勒矩阵256

6.5偏振光的应用258

6.5.1电流测量258

6.5.2双偏光干涉仪259

6.5.3液晶空间光调制器260

6.5.4克尔磁光效应和磁光存储263

习题264

部分习题参考答案267

附录A场论272

A1等值面和梯度272

A2通量、散度和高斯公式272

A3环量、旋度和斯托克斯公式273

附录B哈密顿算子275

附录C常用非初等函数276

附录D脉冲函数279

附录E卷积和相关280

附录F傅里叶级数281

附录G傅里叶变换282

参考文献284