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内容简介

　　1960年，激光器诞生，从那以后，光学领域里的“文艺复兴”运动开始了。从光放大器到激光物理，从光纤光学到光纤通信，从光数据处理到全息术，从光传感器到DVD技术，从超短脉冲到超连续谱，光学在科学与工程的几乎所有分支中都有重要的应用。光学除了大量的实际应用之外，在人们不断追问“光的本性”的过程中，在科学领域引发了两场革命。量子力学的发展起源于人们试图理解“光的量子性”；而相对论的起因是对于综合电和磁定律的麦克斯韦方程组的研究。正是由于光学在科学与工程领域的这种地位，作为本科生的《光学》课程，不仅对于物理学专业的学生是必须的，对于工程专业的学生同样也是“必须的”。虽然用一本光学书试图涵盖所有方面是不可能的，但是本书还是努力对这个激动人心的领域中许多重要的课题给出了一个全面的阐述，以满足科学与工程的本科生学习光学课程的需要。

内页插图

目录

第1章 光学史
参考文献和推荐读物
第2章 光是什么
2．1 引言
2．2 微粒模型
2．3 波动模型
2．4 辐射的粒子性
2．5 物质的波动性
2．6 测不准原理
2．7 单缝衍射实验
2．8 物质波的概率解释
2．9 干涉实验的理解
2．10 光子的偏振
2．11 时间一能量不确定关系
小结
习题
题解
参考文献和推荐读物
第一部分 几何光学
第3章 费马原理及其应用
3．1 引言
3．2 从费马原理推导反射定律和折射定律
3．3 非均匀媒质中的光线路径
3．4 光线方程与它的解
3．5 光线在各向同性媒质和各向异性媒质的分界面的折射
小结
习题
参考文献和推荐读物
第4章 光线经过球面的折射与反射
4．1 引言
4．2 在单一球面上的折射
4．3 在单一球面上的反射
4．4 薄透镜
4．5 透镜的主焦点和焦距
4．6 牛顿公式
4．7 横向放大率
4．8 球面的齐明点
4．9 笛卡儿卵形面
4．10 齐明点存在的几何证明
4．11 正弦条件
小结
习题
参考文献和推荐读物
第5章 傍轴光学的矩阵方法
5．l 引言
5．2 矩阵方法
5．3 主平面（单位面）
5．4 节平面
5．5 两薄透镜构成的系统
小结
习题
参考文献和推荐读物
第6章 像差
6．1 引言
6．2 色差
6．3 单色像差
小结
习题
参考文献和推荐读物
第二部分 振动与波动
第7章 简谐运动、受迫振动和折射率的起源
7．1 引言
7．2 简谐运动
……
第三部分 干涉
第四部分 衍射
第五部分 光的电磁特性
第六部分 光子
第七部分 激光与光纤光学
附录A
附录B
附录C
附录D

精彩书摘

　　2．3 波动模型
　　虽然微粒模型解释了光在自由空间中的传播问题，并预言了反射和折射定律的正确形式，但是随之而来的大量实验观察（像干涉、衍射和偏振）并不能在光的微粒模型的基础上加以解释。历史上，“牛顿环”——光的波动特性的一种完美表现，在17世纪中叶为胡克 （Hooke）所观察到。这种环以牛顿命名，是因为最初牛顿用微粒模型给出了牛顿环的成因， 但随后，人们发现这种解释并不能令人满意。基于波动模型对牛顿环的解释，将在第15章 进行讨论。牛顿对牛顿环的解释在许多文献中都可以找到见文献。
　　大约在1665年，意大利的物理学家弗朗西斯科。格里马尔（Francesco Grimaldi）观察到当白光通过小孔时的衍射现象，他可能是第一个观察到这一现象的人。格里马尔迪从衍射现 象得出结论（引自互联网），光是一种表现为波样运动的流体，而胡克后来也观察到了这一现象。在后面的章节中将讨论，只有在光的波动模型下，对于衍射现象的解释才令人满意。这个模型由惠更斯在1678年首先提出（文献），并且应用这个波动模型，惠更斯也可以解释反射定律和折射定律（参见第12章），还可以说明由丹麦物理学家巴托林于1669年发现的双折射现象（参见第22章）。然而，由于牛顿的令人尊敬的权威性，使他周围的人比牛顿自己更忠实于他的微粒理论，反而没有人相信惠更斯的波动理论。这种情况一直延续到托马斯．杨于1802年做出了著名的杨氏干涉实验，该实验只有用光的波动模型才能解释，才改变了Jg--~面（见第14章）。此外，在惠更斯的时代，人们已经知道光是沿直线传播的，而惠更斯在运用他的波动理论解释光的直线传播时，试图援引的一些假设都不切实际，这一缺陷也是人们不能马上接受他的波动模型的原因之一。杨证明了光波的波长大约为6×10-5cm。正是因为波长是那样小，导致衍射效应不明显，因而光近似是沿直线传播的。的确，完全不考虑波长有限性的光学的这一分支称为几何光学，其中，光线定义为A--0的条件下光能量传播的路径。
　　1802年，杨令人满意地解释了牛顿环的成因。1808年，马吕斯观察到光的偏振现象，但他并没有试图解释这种现象。1816年，菲涅尔运用波动理论，给出了对衍射现象的满意解释，并计算了各种形状的孔与直边产生的衍射图样。1816年，菲涅尔和阿喇果一起完成了著名的线偏振光叠加实验，而杨对光是横波的假设，解释了这个实验。
　　到了19世纪第二个25年时期，波动理论看来取得了牢固的地位。由于当时人们认为波传播时需要媒质，弹性以太理论得以建立。1832年，菲涅尔运用以太振动模型导出了反射率与透射率的表达式。泊松、纳维尔、柯西和其他许多物理学家都对以太理论的发展做出了贡献，这一理论也促进了弹性理论的发展。然而在对这一模型的解释上，还有诸多的困难，我们现在也知道了以太并不存在，因此，我们将不探讨这众多理论的细节。
　　19世纪也见证了电磁学的发展。1820年，奥斯特发现了电流可以产生磁效应。不久之后，安培就发现了两条平行的载流导线间可以相互吸引。大约1830年，法拉第进行了变化磁场感应产生电动势的实验，亨利在大约相同的时间也做了类似的实验，实验定律称作法拉第一亨利定律。
　　不久，麦克斯韦扩展了安培环路定律指出变化的电场也能产生一个磁场。他将所有电的和磁的定律总结为方程组的形式（现在被称作麦克斯韦方程组（参见第23章），并从这一方程组出发，推导出一个波动方程，预言了电磁波的存在（参见第23章）。他根据所导出的波动方程，表明用两种方法测量一定数量的电荷值的实验，可以计算出电磁波的速度。这两个测量实验在1856年由科耳劳什（Kohrauseh）与韦伯（Weber）完成。
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前言/序言

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