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绪论1

第一章 几何光学基本原理6

1 几何光学基本定律6

1.1 光线的概念6

1.2 光线传播的基本实验定律7

1.3 全反射13

1.4 光学纤维15

1.5 神秘的幻景——海市蜃楼18

2 费马原理19

2.1 光程19

2.2 费马原理20

3 物与像22

3.1 光束 单心光束和像散光束23

3.2 实像与虚像 实物与虚物24

3.3 物空间与像空间 物像共轭性25

4 单球面折射的物像关系25

4.1 符号法则26

4.2 单心光束在球面上的折射27

4.3 轴上物点傍轴光线球面折射成像28

4.4 傍轴物点成像32

4.5 三种放大率33

5 共轴球面系统的成像公式39

6 透镜41

6.1 厚透镜成像42

6.2 薄透镜成像公式43

6.3 薄透镜的焦点和焦平面44

6.4 薄透镜作图成像法47

6.5 物像之间的等光程性48

7 理想光具组52

7.1 理想光具组的基点和基面53

7.2 理想光具组作图成像法55

7.3 理想光具组成像公式57

7.4 理想光具组的组合59

思考题65

习题与答案66

第二章 典型几何光学仪器及像差简介72

1 光阑72

1.1 孔径光？72

1.2 视场光？75

2 像差简介77

2.1 球差77

2.2 彗差80

2.3 像散和像面弯曲80

2.4 畸变82

2.5 色差83

3 眼睛86

3.1 眼球的结构86

3.2 简化后的眼模型88

3.3 非正常眼及其矫正89

4 目视仪器92

4.1 视放大率92

4.2 放大镜和目镜93

4.3 显微镜96

4.4 望远镜98

5 投影仪器和摄影仪器101

5.1 投影仪器101

5.2 摄影仪器103

思考题105

习题与答案105

第三章 光度学和色度学简介108

1 辐射度学和光度学基本概念108

1.1 可见光和电磁波谱108

1.2 幅射通量和光通量110

1.3 发光强度和亮度114

1.4 光出射度和照度116

1.5 光度学单位118

1.6 照明简介121

2 像的亮度和照度122

2.1 通过光学系统的光通量123

2.2 像的亮度124

2.3 像的照度125

3 色度学概述127

3.1 色度学基本术语127

3.2 颜色随光强的变化128

3.3 颜色适应和颜色对比129

3.4 色调、饱和度和明度129

3.5 三原色原理130

3.6 色品图132

3.7 色视觉变异135

思考题136

习题与答案137

第四章 光的干涉139

1 光波和光的强度139

1.1 光的电磁理论139

1.2 波动方程140

1.3 等相面、球面波和平面波142

1.4 辐射能密度和能流密度光的强度142

2 光的相干叠加和非相干叠加144

2.1 光的干涉现象144

2.2 相干叠加和非相干叠加145

2.3 相干光源149

2.4 位相差和光程差150

2.5 干涉的图样152

2.6 干涉场中的强度分布153

2.7 干涉条纹的可见度154

3 分波阵面法的光的干涉154

3.1 菲涅耳双镜实验155

3.2 杨氏双缝实验159

3.3 洛埃镜实验163

3.4 菲涅耳双棱镜实验165

4 分振幅法的光的干涉166

4.1 概述166

4.2 等倾干涉171

4.3 等厚干涉175

4.4 透射光的干涉176

4.5 薄膜色177

5 干涉的应用177

5.1 增透膜和高反射膜177

5.2 劈尖状薄膜179

5.3 牛顿环180

6 迈克耳孙干涉仪182

6.1 迈克耳孙干涉仪的基本结构和原理182

6.2 迈克耳孙干涉仪的应用185

7 多光束的干涉 法布里－珀罗干涉仪187

7.1 多光束的干涉187

7.2 法布里－珀罗干涉仪191

思考题197

习题与答案198

第五章 光的衍射200

1 光的衍射现象 惠更斯－菲涅耳原理200

1.1 光的衍射现象与衍射的分类200

1.2 惠更斯－菲涅耳原理201

2 菲涅耳衍射204

2.1 菲涅耳波带204

2.2 矢量图法207

2.3 菲涅耳圆孔衍射208

2.4 菲涅耳圆盘衍射211

2.5 光的直进性与衍射的统一212

3 夫琅和费衍射213

3.1 概述213

3.2 单缝夫琅和费衍射214

3.3 圆孔夫琅和费衍射220

4 衍射光栅224

4.1 光栅概述224

4.2 平面光栅225

4.3 闪耀光栅237

4.4 三维光栅239

5 干涉和衍射的区别与联系242

5.1 干涉和衍射的区别242

5.2 干涉和衍射的联系243

6 光学仪器的分辨本领244

6.1 分辨本领和瑞利判据244

6.2 人眼的分辨本领247

6.3 望远镜的分辨本领247

6.4 显微镜的分辨本领248

6.5 棱镜光谱仪的色散本领和色分辨本领251

6.6 光栅光谱仪的色分辨本领253

7 全息照相255

7.1 普通照相和全息照相255

7.2 全息照相原理257

7.3 全息术的应用简介261

思考题263

习题与答案264

第六章 光的偏振266

1 光的偏振现象266

1.1 光的偏振现象266

1.2 光的五种偏振态267

2 菲涅耳公式271

2.1 菲涅耳公式271

2.2 反射率和透射率275

2.3 洛埃镜实验中半波损失的解释280

3 反射和折射时的偏振281

3.1 反射和折射时的偏振现象281

3.2 反射和折射时偏振现象的理论解释284

3.3 马吕斯定律287

4 单轴晶体的双折射290

4.1 双折射现象290

4.2 双折射晶体292

4.3 双折射的物理解释293

5 偏振器件299

5.1 晶体偏振器299

5.2 人造偏振片302

6 圆偏振光和椭圆偏振光304

6.1 波晶片304

6.2 椭圆偏振光和圆偏振光的产生305

6.3 各种光经波晶片后偏振态的变化311

6.4 偏振光的检验313

7 偏振光的干涉314

7.1 平行的平面偏振光的干涉314

7.2 显色偏振318

7.3 会聚的平面偏振光的干涉320

8 外力作用下产生的双折射322

8.1 光弹性效应322

8.2 电光效应323

9 旋光性324

9.1 旋光现象324

9.2 旋光的菲涅耳解释326

9.3 量糖术327

9.4 磁致旋光——法拉第效应329

思考题330

习题与答案333

第七章 光的吸收 散射 色散和速度337

1 光的吸收337

1.1 光的吸收定律337

1.2 一般吸收和选择吸收339

1.3 吸收光谱340

2 光的散射341

2.1 光的散射341

2.2 瑞利散射342

2.3 散射光的偏振状态344

2.4 喇曼散射346

3 光的色散349

3.1 正常色散349

3.2 反常色散351

3.3 色散的经典理论353

4 测定光速的方法357

4.1 天文学方法358

4.2 实验室方法概述361

4.3 准确测定光速的意义366

5 光的相速和群速367

思考题372

习题与答案373

第八章 光的量子性375

1 热辐射和基尔霍夫定律375

1.1 热辐射概念375

1.2 辐射本领和吸收本领376

1.3 基尔霍夫定律377

1.4 绝对黑体和灰体379

2 普朗克辐射公式和能量子假说380

2.1 空腔辐射体热辐射实验规律380

2.2 普朗克辐射公式和能量子假说382

3 光测高温法简介386

4 光电效应389

5 爱因斯坦光量子理论392

6 康普顿效应394

7 光子的质量、动量和角动量401

7.1 光子的质量401

7.2 光子的动量403

7.3 光子的角动量404

8 光的波动微粒二象性405

思考题409

习题与答案409

第九章 激光简介412

1 受激吸收、自发辐射和受激辐射413

1.1 波尔假说和能级概念413

1.2 受激吸收413

1.3 自发辐射415

1.4 受激辐射416

1.5 A21、B12和B21之间的关系417

2 粒子数反转418

2.1 粒子数反转分布418

2.2 实现粒子数反转分布的条件419

2.3 三能级系统420

2.4 四能级系统422

3 谐振腔423

3.1 谐振腔423

3.2 谐振腔的阈值条件424

3.3 谐振的共振频率纵模426

4 激光的单色性427

4.1 谱线宽度428

4.2 激光的单色性429

5 激光的相干性431

5.1 时间相干性431

5.2 空间相干性432

5.3 激光的相干性432

5.4 激光的横模433

6 激光的应用435

6.1 激光准直、测长和测距435

6.2 激光加工435

6.3 激光核聚变436

6.4 激光通讯436

习题与答案437

主要参考书目438