光學(xué)

前言

2008年是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)建校五十周年，值此籌備校慶之際，由幾位長(zhǎng)年從事基礎(chǔ)物理教學(xué)的老師建議，編著一套理科基礎(chǔ)物理教程，向校慶五十周年獻(xiàn)禮，這一建議在理學(xué)院很快達(dá)成了共識(shí)，并受到學(xué)校的高度重視和大力支持，隨后，理學(xué)院立即組織了在理科基礎(chǔ)物理教學(xué)方面有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的老師，組成了老、中、青相結(jié)合的班子，著手編著這套叢書，并以此進(jìn)一步推動(dòng)理科基礎(chǔ)物理的教學(xué)改革與創(chuàng)新。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在老一輩物理學(xué)家、教育家吳有訓(xùn)先生、嚴(yán)濟(jì)慈先生、錢臨照先生、趙忠堯先生、施汝為先生的親自帶領(lǐng)和指導(dǎo)下，一貫重視基礎(chǔ)物理教學(xué)，歷經(jīng)五十年如一日的堅(jiān)持，現(xiàn)已形成良好的教學(xué)傳統(tǒng)，特別是嚴(yán)濟(jì)慈和錢l臨照兩位先生在世時(shí)身體力行，多年講授本科生的力學(xué)、理論力學(xué)、電磁學(xué)、電動(dòng)力學(xué)等基礎(chǔ)課，他們以淵博的學(xué)識(shí)、精湛的講課藝術(shù)、高尚的師德，帶領(lǐng)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(xué)生，這套叢書的作者，應(yīng)該說(shuō)都直接或間接受到過(guò)兩位先生的教誨，出版這套叢書也是表達(dá)作者對(duì)先生的深深感激和最好紀(jì)念。這套叢書共九本：《力學(xué)與理論力學(xué)（上、下）》、《電磁學(xué)與電動(dòng)力學(xué)（上、下）》、《光學(xué)》、《原子物理與量子力學(xué)（上、下）》、《熱學(xué)  熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理（上、下）》，每本約40萬(wàn)字，主要是為物理學(xué)相關(guān)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(xué)學(xué)時(shí)約為72學(xué)時(shí)，可以認(rèn)為，這套叢書系列不僅是普通物理與理論物理橫向關(guān)聯(lián)、縱向自洽的基礎(chǔ)物理教程，同時(shí)更加適合我校理科人才培養(yǎng)的教學(xué)安排，并充分考慮了與數(shù)學(xué)教學(xué)的相互配合，因此，在教材的設(shè)置上，《力學(xué)與理論力學(xué)（上、下）》、《電磁學(xué)與電動(dòng)力學(xué)（上、下）》中，上冊(cè)部分分別是普通物理內(nèi)容，而下冊(cè)部分為理論物理內(nèi)容，還要指出的是，在《原子物理與量子力學(xué)（上、下）》、《熱學(xué)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理（上、下）》中，考慮到普通物理與理論物理內(nèi)容的界限已不再那樣涇渭分明，而比較直接地用現(xiàn)代的、實(shí)用的概念、物理圖像和理論來(lái)闡述，這確實(shí)不失為是一種有意義的嘗試。這套叢書在編著過(guò)程中，不僅廣泛吸取了校內(nèi)老師的經(jīng)驗(yàn)，采納了學(xué)生的意見(jiàn)，而且還征求了中國(guó)科學(xué)院許多相關(guān)專家的意見(jiàn)和建議，體現(xiàn)了“所系結(jié)合”的特點(diǎn)，同時(shí)，還聘請(qǐng)了兄弟院校及校內(nèi)有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教授進(jìn)行雙重審稿，期望將其錯(cuò)誤概率降至最低。

內(nèi)容概要

　　本書講述普通物理課程中的光學(xué)部分，內(nèi)容包括波動(dòng)光學(xué)、幾何光學(xué)以及光的量子性導(dǎo)論。全書以光與物質(zhì)相互作用的實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，從光的物理模型出發(fā)，對(duì)光學(xué)的現(xiàn)象和規(guī)律作了較全面的討論，并介紹了光學(xué)的發(fā)展及其在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。對(duì)于光學(xué)中重要的物理概念和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，本書進(jìn)行了嚴(yán)格的推導(dǎo)和詳細(xì)的說(shuō)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(xué)現(xiàn)象的演示圖片和動(dòng)畫。　　本書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(guān)專業(yè)的學(xué)生使用。

書籍目錄

叢書序前言引言第1章　光的波動(dòng)模型1.1　光波場(chǎng)1.2　定態(tài)光波的數(shù)學(xué)表示1.3　光程與相位1.4　傍軸條件與遠(yuǎn)場(chǎng)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(qiáng)度2.4　波包與群速度2.5　光速的測(cè)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(guān)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(fèi)單縫和矩孔衍射4.6　夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射第5章　光的干涉裝置與光波場(chǎng)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(shí)間相干性概論第6章　衍射光柵6.1　多縫夫瑯禾費(fèi)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(xué)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(shù)7.3　夫瑯禾費(fèi)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(xué)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(yīng)8.7　旋光8.8　偏振態(tài)的矩陣表示第9章　光波與物質(zhì)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(jīng)典理論9.4　光的散射9.5　強(qiáng)光在介質(zhì)中的非線性電極化效應(yīng)第10章　幾何光學(xué)的近軸理論10.1　衍射的零級(jí)近似10.2　幾何光學(xué)的基本概念10.3　反射與折射的應(yīng)用10.4　變折射率光學(xué)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(zhuǎn)換矩陣10.9　幾何光學(xué)儀器第11章　光的量子性11.1　輻射場(chǎng)11.2　黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律11.3　光量子假說(shuō)習(xí)題與答案中英人名對(duì)照名詞索引教學(xué)進(jìn)度和作業(yè)布置

章節(jié)摘錄

從1887年起，當(dāng)邁克耳孫（Michhelson，1852-1931）和莫雷（Morley，1838-1923）測(cè)量了光在通過(guò)以太沿著地球運(yùn)動(dòng)的方向與地球方向成直角的速度，發(fā)現(xiàn)光的速度都是一樣的，邁克耳孫因此認(rèn)為這個(gè)結(jié)果表明以太是隨著地球運(yùn)動(dòng)的可是1893年洛奇（Lodge，1851-1940）在倫敦發(fā)現(xiàn)，光通過(guò)兩塊快速轉(zhuǎn)動(dòng)的巨大鋼盤時(shí)，速度并不改變，表明鋼盤并不把以太帶著轉(zhuǎn)恒星的光行差也顯示以太并不隨著地球轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣一來(lái)，那種認(rèn)為空間彌漫著一種物質(zhì)以太可以傳遞光波振動(dòng)的見(jiàn)解，就因邁克耳孫和莫雷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而被人放棄了這一實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致后來(lái)愛(ài)因斯坦在1905年提出了相對(duì)論。量子理論和相對(duì)論的提出，標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的建立在現(xiàn)代物理學(xué)建立的過(guò)程中，光學(xué)發(fā)揮了巨大的作用，功不可沒(méi)所以我們說(shuō)，光學(xué)是經(jīng)典物理學(xué)向現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展和過(guò)渡的紐帶和橋梁。必須強(qiáng)調(diào)的是，盡管光的量子理論已經(jīng)完全確立，但是幾何光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)并沒(méi)有沒(méi)落，相反，即使到目前，它們都在不斷發(fā)展，無(wú)論是基礎(chǔ)理論還是實(shí)際應(yīng)用，都取得了很大的成就。幾何光學(xué)理論，最初僅僅用于平面和球面成像，現(xiàn)在，各種非球面的消像差成像鏡頭獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。從20世紀(jì)三四十年代起，波動(dòng)光學(xué)在衍射和光信息處理領(lǐng)域中獲得了極大的發(fā)展：相襯方法（1935年）和全息術(shù)（1945年）發(fā)展起來(lái)；近場(chǎng)光學(xué)也獲得了廣泛的應(yīng)用；利用電光和磁光效應(yīng)，研制出了大量的光電子器件；結(jié)合了波動(dòng)光學(xué)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(xué)、光子學(xué)、非線性光學(xué)等許多基于波動(dòng)光學(xué)和量子光學(xué)的新學(xué)科也獲得了飛快的發(fā)展。四、光學(xué)的特色與研究方法1物理學(xué)離我們有多近物理學(xué)是一門自然科學(xué)，而且是一門非常重要的基礎(chǔ)科學(xué)我們?cè)谥袑W(xué)階段已經(jīng)學(xué)過(guò)了物理學(xué)中關(guān)于力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電磁學(xué)的內(nèi)容，現(xiàn)在在大學(xué)里又要學(xué)習(xí)，而且在許多著名的大學(xué)，物理學(xué)是作為一門公共必修課來(lái)學(xué)的也就是說(shuō)，物理學(xué)是必須學(xué)習(xí)和反復(fù)學(xué)習(xí)的這是為什么？讓我們先來(lái)看看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。計(jì)算機(jī)是集合了最先進(jìn)科技的產(chǎn)品如果對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件加以簡(jiǎn)單的分析，我們將得到如下結(jié)論：首先看cPU和內(nèi)存，它們是超大規(guī)模集成電路要實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模集成電路，從材料上說(shuō)，要有半導(dǎo)體，而人們認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體，是量子力學(xué)的結(jié)果從制備工藝上說(shuō)，要有超微細(xì)的光刻，即利用激光或x射線對(duì)材料加工，而激光和X射線也都離不開(kāi)量子力學(xué)。

編輯推薦

《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基地物理學(xué)叢書:光學(xué)》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(guān)專業(yè)的學(xué)生使用。

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