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绪论1

第1章 光在各向同性介质中的传播规律与应用3

1.1 麦克斯韦方程组4

1.1.1 积分形式的麦克斯韦方程组4

1.1.2 微分形式的麦克斯韦方程组6

1.1.3 电磁场常用公式7

1.2 电磁场的波动方程8

1.2.1 波动方程9

1.2.2 电磁波10

1.3 平面电磁波11

1.3.1 平面电磁波的解11

1.3.2 平面电磁波的表示方法13

1.3.3 平面电磁波的性质13

1.3.4 平面电磁波的叠加15

1.4 球面波和柱面波17

1.4.1 球面波17

1.4.2 柱面波19

1.4.3 球面波和柱面波的近似求法21

1.5 光驻波22

1.5.1 波节与波腹22

1.5.2 光驻波实验23

1.6 复色光波24

1.6.1 光学拍25

1.6.2 相速度与群速度27

1.7 电磁场的边值关系28

1.7.1 磁感应强度与电感应强度所满足的边值关系28

1.7.2 电场强度与磁场强度所满足的边值关系30

1.8 光在介质表面的反射与折射31

1.8.1 入、反、折三波的频率关系与波矢关系31

1.8.2 反射波与折射波的方向32

1.9 菲涅耳公式33

1.9.1 S波的反射系数与透射系数33

1.9.2 P波的反射系数与透射系数34

1.9.3 菲涅耳公式的讨论36

1.9.4 斯托克斯倒逆关系38

1.9.5 反射率与透射率39

1.10 全反射42

1.10.1 反射系数变化42

1.10.2 位相变化42

1.10.3 倏逝波44

1.11 光在金属表面的透射与反射46

1.11.1 金属内的透射波46

1.11.2 金属表面的反射47

小结50

应用实例50

习题53

第2章 光在各向异性介质中的传播规律与应用56

2.1 各向异性晶体概述57

2.2 光在晶体中传播的基本规律61

2.2.1 晶体中单色平面波的各矢量关系61

2.2.2 晶体中光波的相速度与光线速度62

2.2.3 晶体中E与D的关系63

2.3 光在晶体中的菲涅耳方程64

2.3.1 波矢菲涅耳方程64

2.3.2 光线菲涅耳方程66

2.4 折射率椭球方程67

2.4.1 折射率椭球67

2.4.2 单轴晶体的折射率椭球68

2.4.3 双轴晶体的折射率椭球70

2.5 光在单轴晶体中的传播规律74

2.5.1 波矢菲涅耳方程的解74

2.5.2 o光和e光的振动方向75

2.5.3 e光的离散角76

2.6 波矢折射率曲面方程与光线折射率曲面方程77

2.6.1 波矢折射率曲面方程77

2.6.2 光线折射率曲面方程80

2.6.3 相位匹配与激光倍频82

2.7 波矢曲面方程与光线曲面方程84

2.7.1 波矢曲面方程84

2.7.2 光线曲面方程87

2.8 波矢速度面方程和光线速度面方程90

2.8.1 波矢速度面方程90

2.8.2 光线速度面方程92

2.9 光在晶体表面的反射与折射95

2.9.1 双反射与双折射95

2.9.2 斯涅耳作图法96

2.9.3 惠更斯作图法98

2.10 双轴晶体产生的锥形折射101

2.10.1 内锥形折射102

2.10.2 外锥形折射104

小结105

应用实例106

习题108

第3章 光与物质相互作用的理论与应用112

3.1 光与物质相互作用的经典理论113

3.1.1 电磁理论113

3.1.2 色散与吸收曲线115

3.2 介质对光的吸收116

3.2.1 吸收定律117

3.2.2 吸收光谱118

3.3 介质对光的色散120

3.3.1 正常色散与反常色散120

3.3.2 光在色散介质中的传播123

3.3.3 色散率123

3.4 介质对光的散射124

3.4.1 介质对光的散射及其形成原因124

3.4.2 散射的种类125

小结130

应用实例130

习题131

第4章 光的干涉理论与应用133

4.1 产生干涉的条件134

4.1.1 形成干涉的基本条件134

4.1.2 实现干涉的基本方法135

4.1.3 干涉场强度分布135

4.2 杨氏双缝干涉137

4.2.1 杨氏双缝干涉的原理137

4.2.2 杨氏双缝干涉的强度分布137

4.2.3 其他分波前干涉139

4.3 等倾干涉142

4.3.1 等倾干涉的原理142

4.3.2 等倾干涉图样143

4.4 等厚干涉146

4.4.1 等厚干涉的原理146

4.4.2 等厚干涉图样147

4.5 影响干涉条纹对比度的因素149

4.5.1 光源大小的影响149

4.5.2 光源非单色性的影响151

4.5.3 两相干光波振幅比的影响153

4.6 双光束干涉仪154

4.6.1 平面干涉仪154

4.6.2 球面干涉仪156

4.6.3 迈克尔逊干涉仪158

4.6.4 泰曼干涉仪160

4.6.5 马赫-泽德干涉仪162

4.7 多光束干涉163

4.7.1 多光束干涉的强度分布164

4.7.2 多光束干涉图样的特点165

4.7.3 透射光干涉的特点166

4.8 法布里-珀罗干涉仪169

4.8.1 法布里-珀罗干涉仪的结构与原理169

4.8.2 法布里-珀罗干涉仪的应用170

4.9 单层光学薄膜174

4.9.1 单层膜的反射率174

4.9.2 单层膜的种类176

4.10 多层介质膜178

4.10.1 等效折射率179

4.10.2 多层介质膜的反射率179

4.10.3 常用多层介质膜181

4.10.4 多层介质膜应用183

小结185

应用实例186

习题189

第5章 光的衍射理论与应用193

5.1 惠更斯-菲涅耳原理194

5.1.1 惠更斯原理194

5.1.2 惠更斯-菲涅耳原理195

5.1.3 菲涅耳波带法196

5.2 基尔霍夫衍射理论200

5.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理200

5.2.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式202

5.2.3 基尔霍夫衍射公式的近似203

5.3 夫琅禾费衍射207

5.3.1 夫琅禾费衍射装置207

5.3.2 透镜的位相变换作用208

5.4 处理衍射用傅里叶变换和有关函数210

5.4.1 傅里叶变换简介210

5.4.2 常用函数的傅里叶变换对211

5.4.3 傅里叶变换定理212

5.4.4 卷积及其性质213

5.4.5 δ函数及其性质214

5.5 照明函数和孔径函数的具体表达形式215

5.5.1 照明函数的具体表达形式215

5.5.2 常用函数的定义及其傅里叶变换频谱217

5.5.3 孔径函数的具体表示221

5.6 利用傅里叶变换处理夫琅禾费衍射222

5.6.1 单缝衍射222

5.6.2 双缝衍射224

5.6.3 矩形孔衍射226

5.6.4 圆孔衍射227

5.6.5 圆盘衍射229

5.7 衍射光栅230

5.7.1 光栅衍射230

5.7.2 光栅的分光本领236

5.8 闪耀光栅238

5.8.1 闪耀光栅的结构238

5.8.2 闪耀光栅的分光原理239

小结241

应用实例241

习题243

第6章 光的偏振理论与应用247

6.1 偏振光概述248

6.1.1 自然光与偏振光248

6.1.2 获得偏振光的方法249

6.1.3 偏振度252

6.1.4 马吕斯定律与消光比253

6.2 正交偏振光的叠加254

6.2.1 椭圆偏振光254

6.2.2 偏振椭圆分析255

6.3 偏振器件257

6.3.1 偏振棱镜257

6.3.2 波片260

6.3.3 补偿器261

6.3.4 偏振光检验262

6.4 偏振光与偏振器件的矩阵表示264

6.4.1 偏振光的矩阵表示264

6.4.2 偏振器件的矩阵表示267

6.4.3 琼斯矩阵的应用271

6.5 偏振光的干涉273

6.5.1 平行偏振光的干涉273

6.5.2 会聚偏振光的干涉276

6.6 物质的旋光效应279

6.6.1 物质的旋光效应概述279

6.6.2 物质旋光效应的解释281

6.6.3 科纽棱镜282

6.7 磁光效应283

6.7.1 法拉第效应283

6.7.2 磁致旋光效应的解释284

6.7.3 法拉第效应应用举例284

6.8 电光效应285

6.8.1 电致折射率变化285

6.8.2 KDP晶体的电光效应286

6.8.3 LiNbO3晶体的电光效应288

6.8.4 纵向电光效应和横向电光效应291

6.8.5 电光效应应用293

小结294

应用实例294

习题296

术语汉-英索引299

习题参考答案309

参考文献315