光學

前言

2008年是中國科學技術大學建校五十周年，值此籌備校慶之際，由幾位長年從事基礎物理教學的老師建議，編著一套理科基礎物理教程，向校慶五十周年獻禮，這一建議在理學院很快達成了共識，并受到學校的高度重視和大力支持，隨后，理學院立即組織了在理科基礎物理教學方面有豐富教學經驗的老師，組成了老、中、青相結合的班子，著手編著這套叢書，并以此進一步推動理科基礎物理的教學改革與創(chuàng)新。中國科學技術大學在老一輩物理學家、教育家吳有訓先生、嚴濟慈先生、錢臨照先生、趙忠堯先生、施汝為先生的親自帶領和指導下，一貫重視基礎物理教學，歷經五十年如一日的堅持，現已形成良好的教學傳統(tǒng)，特別是嚴濟慈和錢l臨照兩位先生在世時身體力行，多年講授本科生的力學、理論力學、電磁學、電動力學等基礎課，他們以淵博的學識、精湛的講課藝術、高尚的師德，帶領出一批又一批杰出的年輕教員，培養(yǎng)了一屆又一屆優(yōu)秀學生，這套叢書的作者，應該說都直接或間接受到過兩位先生的教誨，出版這套叢書也是表達作者對先生的深深感激和最好紀念。這套叢書共九本：《力學與理論力學（上、下）》、《電磁學與電動力學（上、下）》、《光學》、《原子物理與量子力學（上、下）》、《熱學  熱力學與統(tǒng)計物理（上、下）》，每本約40萬字，主要是為物理學相關專業(yè)本科生編寫的，也可供工科專業(yè)物理教師參考，每本書的教學學時約為72學時，可以認為，這套叢書系列不僅是普通物理與理論物理橫向關聯(lián)、縱向自洽的基礎物理教程，同時更加適合我校理科人才培養(yǎng)的教學安排，并充分考慮了與數學教學的相互配合，因此，在教材的設置上，《力學與理論力學（上、下）》、《電磁學與電動力學（上、下）》中，上冊部分分別是普通物理內容，而下冊部分為理論物理內容，還要指出的是，在《原子物理與量子力學（上、下）》、《熱學熱力學與統(tǒng)計物理（上、下）》中，考慮到普通物理與理論物理內容的界限已不再那樣涇渭分明，而比較直接地用現代的、實用的概念、物理圖像和理論來闡述，這確實不失為是一種有意義的嘗試。這套叢書在編著過程中，不僅廣泛吸取了校內老師的經驗，采納了學生的意見，而且還征求了中國科學院許多相關專家的意見和建議，體現了“所系結合”的特點，同時，還聘請了兄弟院校及校內有豐富教學經驗的教授進行雙重審稿，期望將其錯誤概率降至最低。

內容概要

　　本書講述普通物理課程中的光學部分，內容包括波動光學、幾何光學以及光的量子性導論。全書以光與物質相互作用的實驗事實為基礎，從光的物理模型出發(fā)，對光學的現象和規(guī)律作了較全面的討論，并介紹了光學的發(fā)展及其在各個領域中的應用。對于光學中重要的物理概念和實驗現象，本書進行了嚴格的推導和詳細的說明。書后附有較多例題，便于讀者理解。另外，編者特意制作多媒體光盤隨書發(fā)行，其中包含大量光學現象的演示圖片和動畫?！　”緯勺鳛槔砉た埔约皫煼对盒Ｎ锢眍悓I(yè)的本科生教材，也可供理工科非物理類有關專業(yè)的學生使用。

書籍目錄

叢書序前言引言第1章　光的波動模型1.1　光波場1.2　定態(tài)光波的數學表示1.3　光程與相位1.4　傍軸條件與遠場條件第2章　光的疊加原理2.1　光波的疊加原理及其成立的條件2.2　光波的疊加方法2.3　光波的疊加強度2.4　波包與群速度2.5　光速的測量第3章　光的偏振3.1　光的偏振特性3.2　光的偏振態(tài)3.3　菲涅耳公式3.4　反射折射所引起的偏振態(tài)的改變3.5　斯托克斯倒逆關系第4章　光的相干疊加4.1　楊氏干涉與相干光的獲得4.2　兩列相干光的干涉花樣4.3　惠更斯-菲涅耳原理4.4　菲涅耳衍射（圓孔、圓屏）4.5　夫瑯禾費單縫和矩孔衍射4.6　夫瑯禾費圓孔衍射第5章　光的干涉裝置與光波場的相干性5.1　光的干涉裝置概述5.2　分波前的干涉裝置5.3　半波損失5.4　薄膜干涉5.5　分振幅的干涉裝置5.6　多光束干涉——法布里-珀羅干涉儀5.7　光的空間相干性與時間相干性概論第6章　衍射光柵6.1　多縫夫瑯禾費衍射6.2　光柵光譜6.3　閃耀光柵6.4　單色儀與光譜儀6.5　正弦光柵6.6　X射線在晶體中的衍射第7章　傅里葉變換光學與全息照相7.1　衍射系統(tǒng)的傅里葉變換7.2　透鏡和棱鏡的屏函數7.3　夫瑯禾費光柵衍射的傅里葉頻譜分析7.4　阿貝成像原理7.5　全息照相第8章　光在晶體中的雙折射8.1　光在晶體中的傳播8.2　單軸晶體中光的波面8.3　晶體光學器件8.4　波片與光的偏振態(tài)8.5　偏振光的干涉8.6　電光效應8.7　旋光8.8　偏振態(tài)的矩陣表示第9章　光波與物質的相互作用9.1　光的吸收9.2　光的色散9.3　吸收和色散的經典理論9.4　光的散射9.5　強光在介質中的非線性電極化效應第10章　幾何光學的近軸理論10.1　衍射的零級近似10.2　幾何光學的基本概念10.3　反射與折射的應用10.4　變折射率光學10.5　近軸光在單球面上的成像10.6　薄透鏡成像10.7　理想共軸球面系統(tǒng)的成像10.8　光線轉換矩陣10.9　幾何光學儀器第11章　光的量子性11.1　輻射場11.2　黑體輻射的實驗規(guī)律11.3　光量子假說習題與答案中英人名對照名詞索引教學進度和作業(yè)布置

章節(jié)摘錄

從1887年起，當邁克耳孫（Michhelson，1852-1931）和莫雷（Morley，1838-1923）測量了光在通過以太沿著地球運動的方向與地球方向成直角的速度，發(fā)現光的速度都是一樣的，邁克耳孫因此認為這個結果表明以太是隨著地球運動的可是1893年洛奇（Lodge，1851-1940）在倫敦發(fā)現，光通過兩塊快速轉動的巨大鋼盤時，速度并不改變，表明鋼盤并不把以太帶著轉恒星的光行差也顯示以太并不隨著地球轉動，這樣一來，那種認為空間彌漫著一種物質以太可以傳遞光波振動的見解，就因邁克耳孫和莫雷的實驗結果而被人放棄了這一實驗導致后來愛因斯坦在1905年提出了相對論。量子理論和相對論的提出，標志著現代物理學的建立在現代物理學建立的過程中，光學發(fā)揮了巨大的作用，功不可沒所以我們說，光學是經典物理學向現代物理學發(fā)展和過渡的紐帶和橋梁。必須強調的是，盡管光的量子理論已經完全確立，但是幾何光學和波動光學并沒有沒落，相反，即使到目前，它們都在不斷發(fā)展，無論是基礎理論還是實際應用，都取得了很大的成就。幾何光學理論，最初僅僅用于平面和球面成像，現在，各種非球面的消像差成像鏡頭獲得了越來越廣泛的應用。從20世紀三四十年代起，波動光學在衍射和光信息處理領域中獲得了極大的發(fā)展：相襯方法（1935年）和全息術（1945年）發(fā)展起來；近場光學也獲得了廣泛的應用；利用電光和磁光效應，研制出了大量的光電子器件；結合了波動光學和量子理論的激光更是極大地改變了我們的生活。光電子學、光子學、非線性光學等許多基于波動光學和量子光學的新學科也獲得了飛快的發(fā)展。四、光學的特色與研究方法1物理學離我們有多近物理學是一門自然科學，而且是一門非常重要的基礎科學我們在中學階段已經學過了物理學中關于力學、熱學、光學和電磁學的內容，現在在大學里又要學習，而且在許多著名的大學，物理學是作為一門公共必修課來學的也就是說，物理學是必須學習和反復學習的這是為什么？讓我們先來看看一個簡單的例子。計算機是集合了最先進科技的產品如果對計算機的硬件加以簡單的分析，我們將得到如下結論：首先看cPU和內存，它們是超大規(guī)模集成電路要實現超大規(guī)模集成電路，從材料上說，要有半導體，而人們認識和發(fā)現半導體，是量子力學的結果從制備工藝上說，要有超微細的光刻，即利用激光或x射線對材料加工，而激光和X射線也都離不開量子力學。

編輯推薦

《中國科學技術大學國家基礎科學人才培養(yǎng)基地物理學叢書:光學》可作為理工科以及師范院校物理類專業(yè)的本科生教材，也可供理工科非物理類有關專業(yè)的學生使用。

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