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内容简介

　　本书对光学的普遍现象、基本原理和基础理论体系进行了较全面和系统的阐述，内容包括几何光学、光学仪器和光度学，建立在波动理论基础上的干涉、衍射和偏振的理论和应用以及光与物质相互作用的原理和器件等，并配有适当的例题和习题以加深对知识的理解和掌握。本书可作为物理学、光电信息科学与工程、电子科学与技术、应用物理、测控技术与仪器等理工科专业本科学生的教材或参考书，也可作为相关行业技术人员的参考书。

目录

前言绪论0.1光学及其研究内容0.2光学发展史0.3学习方法第1章几何光学1.1几何光学的基本概念和基本定律1.1.1光源、光波与光线的概念1.1.2光线传播的基本定律1.1.3全反射1.1.4折射棱镜1.2惠更斯原理1.2.1惠更斯原理的物理表述1.2.2对光的反射和折射定律的解释1.3费马原理1.3.1光程的概念1.3.2费马原理的表述1.3.3费马原理对几何光学传播定律的验证1.4光学成像的基本概念1.4.1光束、光具组、像与物1.4.2物方和像方、理想光具组、物与像的共轭性1.4.3等光程性、等光程面1.5共轴球面组的成像规律1.5.1单球面的折射规律1.5.2傍轴光线的成像规律1.5.3傍轴物点的成像规律和横向放大率1.5.4多球面逐次成像1.6透镜及其成像规律1.6.1薄透镜焦距公式1.6.2成像公式——高斯公式和牛顿公式1.6.3薄透镜成像的作图法1.6.4共轴透镜组成像1.7光学成像仪器1.7.1眼睛的构造和成像机能1.7.2放大镜和目镜1.7.3显微镜1.7.4望远镜1.7.5照相机1.7.6投影仪1.8光度学和光阑1.8.1光度学简介1.8.2辐射通量和光通量1.8.3发光强度1.8.4照度1.8.5亮度1.8.6光阑1.9像差1.9.1球差1.9.2彗差1.9.3像散和场曲1.9.4畸变1.9.5色像差习题第2章光的波动概念和描述2.1描述光波的基本参数2.2光速和光强2.3光波的基本分类及其数学描述2.3.1平面波的数学描述2.3.2球面波的数学描述2.3.3共轭光波及光强的复振幅表示2.4波前函数习题第3章光的偏振3.1光波的偏振态3.1.1偏振片3.1.2自然光3.1.3线偏振光3.1.4马吕斯定律3.1.5部分偏振光3.1.6圆偏振光3.1.7椭圆偏振光3.2完全偏振光的琼斯矩阵表示3.2.1琼斯矢量3.2.2偏振光的琼斯矩阵表示3.3立体视觉与立体电影3.3.1立体视觉3.3.2立体电影习题第4章光波在界面的反射和折射规律4.1入射、反射和折射光的光矢量的分解4.2菲涅耳反射和折射公式4.3光在界面反射时的相位跃变——半波损失4.4光在介质界面传播时偏振态的变化——布儒斯特角4.5几种典型情况下反射光的相位变化4.5.1正入射4.5.2掠入射*4.5.3全反射4.5.4光在多层介质界面的反射和折射4.6光强和能流的反射率和透射率4.7斯托克斯倒逆关系习题第5章光的干涉5.1波的叠加原理5.2波的相干叠加和非相干叠加5.2.1波的干涉5.2.2相干叠加5.3光波的相干条件5.4两个理想点光源的干涉5.5杨氏干涉5.6干涉条纹的反衬度5.7分波前干涉5.7.1菲涅耳双面镜5.7.2菲涅耳双棱镜5.7.3劳埃德镜5.8分振幅干涉5.8.1等倾干涉5.8.2等倾干涉条纹的特点5.8.3等厚干涉5.8.4楔形薄膜的等厚条纹——劈尖干涉5.8.5牛顿环5.8.6增透膜和增反膜5.8.7迈克尔逊干涉仪5.8.8光场的时空相干性5.8.9多光束干涉�卜ú祭铼茬曷�干涉仪习题第6章光的衍射6.1衍射现象6.2光的衍射及其分类6.3衍射的特点6.4惠更斯�卜颇�耳原理6.5菲涅耳�不�尔霍夫衍射积分公式6.6衍射的巴比涅原理6.7菲涅耳衍射6.8矢量图解法6.9菲涅耳波带片6.10夫琅禾费单缝衍射6.10.1利用振动矢量图法求解单缝夫琅禾费衍射的光强分布6.10.2利用菲涅耳�卜蚶藕谭蜒苌浠�分公式求解单缝夫琅禾费衍射的光强分布6.10.3夫琅禾费单缝衍射的光强分布特点6.11夫琅禾费矩孔衍射6.12夫琅禾费圆孔衍射以及光学仪器的分辨本领6.12.1夫琅禾费圆孔衍射6.12.2光学仪器的分辨本领习题第7章衍射光栅7.1夫琅禾费多缝衍射7.1.1多缝衍射的强度分布7.1.2缝间干涉引起的光场分布7.2衍射光栅7.2.1光栅光谱的形成原理7.2.2光栅光谱的谱线宽度7.2.3光栅的色散本领7.2.4光栅的色分辨本领7.2.5光栅的自由光谱范围7.3闪耀光栅7.4全息技术基础7.4.1全息技术发展历史简述7.4.2波前记录与再现7.4.3全息照相的特点7.4.4全息图的分类习题第8章晶体光学8.1双折射现象8.1.1晶体的光轴8.1.2晶体中光波的偏振8.2晶体中光波的波面8.2.1主折射率、正晶体和负晶体8.2.2晶体中的波面8.3利用惠更斯作图法确定o光和e光的传播方向8.3.1光在主截面内的斜入射8.3.2光在主截面内的垂直入射8.3.3光在垂直于光轴的平面内的斜入射8.4晶体光学器件8.4.1晶体偏振片8.4.2偏光棱镜8.4.3偏光分束棱镜8.4.4波晶片——偏振态的改变8.4.5补偿器8.5偏振光的检验8.5.1自然光和圆偏振光的甄别8.5.2部分偏振光和椭圆偏振光的甄别8.6偏振光的干涉8.6.1偏振片的相对位置引起的附加相位差8.6.2δ′=δ时偏振光的干涉8.6.3δ′=δ+π时偏振光的干涉8.6.4出现干涉条纹的偏振光干涉8.7电光效应8.7.1克尔效应8.7.2泡克耳斯效应8.8旋光性8.8.1晶体的旋光8.8.2液体的旋光8.8.3对旋光现象的解释8.8.4磁致旋光习题第9章光波与介质的相互作用9.1光与物质相互作用的经典理论9.2光的色散9.2.1色散的观测9.2.2正常色散9.2.3反常色散9.3光的吸收9.4光的散射9.4.1光的散射现象9.4.2瑞利散射9.4.3米氏散射9.4.4拉曼散射习题附录附录A常用物理常数附录B折射率表附录C常用光源的典型谱线和波长附录D几种物质的旋光度率附录E显微镜的物镜和目镜附录F光度学单位换算表附录G典型光学玻璃的色散参考文献

前言/序言

　　蔚蓝的天空上漂浮着的朵朵白云和雨后悬挂在天边的美丽彩虹，街道两边LED广告板闪烁着的迷人光彩、夜晚远处的路灯映于眼帘的光芒和舞台上五颜六色的绚丽的激光秀，商店里琳琅满目的数码相机，天文台中巍然矗立的大型望远镜……这些事物看似不相关，但它们其实都和光学有密切的联系。光学是以光为对象，阐明和研究光的产生、传播和接收的规律以及光与物质的相互作用机制的理论。　　光学包含的内容十分丰富，有经典的几何光学和以电磁场为基础的经典波动光学，也有建立在近现代物理理论和技术基础之上的现代光学，如量子光学、激光光学、全息光学、近场光学、傅里叶光学、非线性光学、光谱学等。　　光学的发展历久弥新，与时俱进，生机勃发。从最初牛顿的微粒说和惠更斯的次波学说到杨氏干涉和菲涅耳的衍射理论，从爱因斯坦的光量子说到量子光学理论，从自然火光到油气灯，从普通电光源到激光，从简单的三棱镜到分光仪，从平面镜到哈勃望远镜，从黑白照片到全息照片，从无声电影到IMAX……光学的发展使人们透过日常生活中司空见惯的光现象，深入到了光的本质，并利用光学原理不断地创造出了丰富多彩的实用技术和工具以及高精尖的科学仪器。特别是激光的广泛应用，更是促进了通信技术和信息处理、精密加工和制造、光电技术和工程、精密仪器和测量、光谱分析和检测等领域的飞速发展。　　因此，光学是一门理论性和应用性兼强的学科，一直以来都是各大学物理类、光学工程类、光电信息类和精密仪器类理工科专业学生必修的重要基础课目之一。本书主要面向相关专业本科低年级学生，立足于大类通识教育对光学理论的要求，旨在继承前人的优秀研究成果，总结光学发展的新内容，注重基础光学理论的学习和实际的应用，使学生能够系统地认识光学的发展规律和发展动向，为进一步深入学习光学方面的专业课程以及其他专业知识和技术打下良好的基础。　　本书包括以下主要内容：　　1.几何光学是波动光学在波长为无限小时的极限情况，此时可将光束视为几何线条。本书的几何光学部分在光传播的基本规律的基础上，阐述利用透镜成像的基本原理以及像差的形成和补偿，并介绍几种助视光学仪器和光度学的基本知识。　　2.从经典的波动理论出发，阐述波动光学的基础理论，主要包括光波的概念和数学描述、两种最基本的波——平面波和球面波及其复振幅的表述、偏振的基础以及光波在界面反射和折射时振幅、相位和偏振态等的变化。　　3.围绕光的干涉的现象、原理和装置，系统阐述波的叠加原理和干涉条件、干涉的分类和各自的特点及应用、光场的时间和空间上的相干性，重点介绍几种典型的干涉装置的原理和实际应用。　　4.从光的衍射现象和分类出发，以菲涅耳的衍射理论为基础，分析两种典型衍射的发光强度分布特点，阐明光学仪器的分辨本领。在此基础上，重点论述衍射光栅的原理和应用，并简述建立在干涉和衍射基础上的全息技术。　　5.重点关注光在各向异性晶体中的传播，介绍有关晶体光学的基本现象和理论知识，包括晶体的双折射、晶体偏振器件以及波片、旋光效应和电光效应及其应用。　　6.介绍光与介质的相互作用，包括光的吸收、散射和色散的现象、理论及其应用。　　本书是由长期从事光学理论和实验教学及研究的教师联合编写的。绪论和第1章中几何光学部分由彭伟教授和胡瑞女士负责撰写；第1章中的光学仪器和光度学部分由潘石教授和王乔讲师负责撰写；第2章由潘路军教授负责撰写；第3章由荆振国副教授和武震林讲师负责撰写；第4章至第8章由潘路军教授负责撰写，张毅副教授负责撰写了全息光学的内容；第9章由詹卫伸副教授和李睿讲师负责撰写；附表及电子课件由荆振国副教授和武震林讲师负责搜集和整理；李睿讲师和胡瑞女士负责了部分图表的设计和制作。潘路军教授进行了全书的整体统稿和编纂。　　同时，本书的编写得到了大连理工大学教务处和物理与光电工程学院的大力支持，在此深表谢意。　　尽管在编写中对书稿进行了反复认真的修改和校对，但错误和纰漏仍在所难免，敬请广大读者批评指正。　　潘路军于大连理工大学
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