光學教程

前言

本教程自2002年出版第三版以來，經(jīng)過多年的教學實踐，現(xiàn)根據(jù)廣大讀者的反饋意見和建議，結(jié)合科技和教學的發(fā)展，對原書進行修訂。本版保持原有的在闡述基本知識、基本概念、基本規(guī)律等方面的特色外，努力探索教學內(nèi)容的現(xiàn)代化，對傳統(tǒng)內(nèi)容進行精選、整合和構(gòu)建，簡化了幾何光學、光學儀器部分，更新了現(xiàn)代光學部分并加入“視窗與鏈接”使內(nèi)容得以拓展。在內(nèi)容方面，本次修訂引進了許多現(xiàn)代光學的新成就，諸如多層膜、倏逝波、掃描隧穿顯微鏡、光鑷、光梳、生物光子學等。還在例題和習題中滲透了現(xiàn)代光學知識，設置了開放性習題。在光學教學與信息技術整合方面，編制了《光學教程（第四版）電子教案》，還配置了相應素材。另外還配有《光學教程（第四版）學習指導書》，力圖提供多元化的教學資源。本書著重在講清理論的同時，努力與科學、技術和社會緊密聯(lián)系。如角錐棱鏡在高速公路中的應用、三原色原理、現(xiàn)代投影裝置、數(shù)碼相機、哈勃太空望遠鏡、偏振在攝影和立體電影中的應用、光的散射與環(huán)境污染監(jiān)測等。其目的是使學生理解光學知識在實際中的應用，提高學習興趣，更能適應師范院校使用本教材的需要。為了提高教材的普適性需求和適應不同學時的需要，對內(nèi)容進行了增刪，在教材內(nèi)容和習題的配置上實行A、B制。A制包括大、小字全部內(nèi)容，而B制僅采用大字部分內(nèi)容，小字部分在標題中以“*”表示。本書定位于高等師范院校物理專業(yè)的教材，也可作為綜合性大學、高等工科院校有關專業(yè)的教學參考書，并可供中學物理教師參考。本書由宣桂鑫負責全書的策劃和統(tǒng)稿，并編寫序言、緒論和第1、2、4、6章，蔣可玉負責第3、5章，沈珊雄、黃燕萍負責第7、8章。本書已被選入國家“十一五”重點規(guī)劃教材和高等教育百門精品課程教材選題計劃項目，這是對編者的鼓勵。謹向歷年來熱忱地向我們提供使用意見和建議的廣大教師和讀者致以衷心的感謝。本書在修訂和審閱過程中，中國科學院薛永祺院士、北京大學鐘錫華教授和高等教育出版社的劉偉編輯為我們提供了寶貴的意見和幫助，在此一并向他們表示誠摯的謝意。書中定有不少缺點、遺漏或錯誤，懇請廣大教師和讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

　　《光學教程（第4版）》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，是在姚啟鈞原著《光學教程（第三版）》的基礎上，根據(jù)多年的教學實踐經(jīng)驗及廣大讀者的反饋意見和建議，結(jié)合科技和教學的發(fā)展修訂而成的。本次修訂保持了原書的主要特點和基本框架，努力探索教學內(nèi)容的現(xiàn)代化。對傳統(tǒng)內(nèi)容進行了精選、整合和構(gòu)建，簡化了幾何光學和光學儀器部分，更新了現(xiàn)代光學部分并加入“視窗與鏈接”使內(nèi)容得以拓展?！豆鈱W教程（第4版）》內(nèi)容包括經(jīng)典光學的主要原理（干涉、衍射、幾何光學基礎、光的偏振、光的吸收、散射和色散）和應用，并適當介紹了現(xiàn)代光學的基本原理（光的量子性及現(xiàn)代光學基礎）和應用。書中有些公式的數(shù)學推導作為附錄列于各章之末，每章均配有適當?shù)睦}和習題?！　　豆鈱W教程（第4版）》可作為高等師范院校物理專業(yè)的教材，也可作為綜合性大學、高等工科院校有關專業(yè)的教學參考書，并可供中學物理教師參考。

書籍目錄

緒論0.1 光學的研究內(nèi)容和方法0.2 光學發(fā)展簡史第1章 光的干涉1.1 波動的獨立性、疊加性和相干性1.2 由單色渡疊加所形成的干涉圖樣1.3 分波面雙光束干涉1.4 干涉條紋的可見度 *光波的時間相干性和空間相干性*1.5 菲涅耳公式1.6 分振幅薄膜干涉(一)——等傾干涉1.7 分振幅薄膜干涉(二)——等厚干涉視窗與鏈接 混蟲翅膀上的彩色1.8 邁克耳孫干涉儀1.9 法布里-珀羅干涉儀 多光束干涉1.10 光的干涉應用舉例 牛頓環(huán)視窗與鏈接 增透膜與高反射膜附錄1.1 振動疊加的三種計算方法附錄1.2 簡諧波的表達式 復振幅附錄1.3 菲涅耳公式的推導附錄1.4 額外光程差附錄1.5 有關法布里一珀羅干涉儀的(1—38)式的推導附錄1.6 有同一相位差的多光束疊加習題第2章 光的衍射2.1 惠更斯-菲涅耳原理2.2 菲涅耳半波帶 菲涅耳衍射視窗與鏈接 透鏡與波帶片的比較2.3 夫瑯禾費單縫衍射2.4 夫瑯禾費圓孔衍射2.5 平面衍射光柵視窗與鏈接 光碟是一種反射光柵*2.6 晶體對X射線的衍射視窗與鏈接 與X射線有關的諾貝爾獎附錄2.1 夫瑯禾費單縫衍射公式的推導附錄2.2 夫瑯禾費圓孔衍射公式的推導附錄2.3 平面光柵衍射公式的推導習題第3章 幾何光學的基本原理3.1 幾個基本概念和定律 費馬原理3.2 光在平面界面上的反射和折射 光導纖維視窗與鏈接 光導纖維及其應用3.3 光在球面上的反射和折射3.4 光連續(xù)在幾個球面界面上的折射 虛物的概念3.5 薄透鏡3.6 近軸物近軸光線成像的條件*3.7 共軸理想光具組的基點和基面視窗與鏈接 集成光學簡介附錄3.1 圖3—6中P1和P|點坐標的計算附錄3.2 棱鏡最小偏向角的計算附錄3.3 近軸物在球面反射時物像之間光程的計算附錄3.4 空氣中的厚透鏡物像公式的推導習題第4章 光學儀器的基本原理*4.1 人的眼睛4.2 助視儀器的放大本領*4.3 目鏡4.4 顯微鏡的放大本領4.5 望遠鏡的放大本領視窗與鏈接 太空實驗室——哈勃太空望遠鏡4.6 光闌 光瞳*4.7 光度學概要——光能量的傳播視窗與鏈接 三原色原理4.8 物鏡的聚光本領視窗與鏈接 數(shù)碼相機*4.9 像差概述視窗與鏈接 現(xiàn)代投影裝置4.10 助視儀器的像分辨本領視窗與鏈接 掃描隧穿顯微鏡4.11 分光儀器的色分辨本領習題第5章 光的偏振5.1 自然光與偏振光5.2 線偏振光與部分偏振光視窗與鏈接 人造偏振與立體5.3 光通過單軸晶體時的雙折射現(xiàn)象5.4 光在晶體中的波面5.5 光在晶體中的傳播方向5.6 偏振器件5.7 橢圓偏振光和圓偏振光5.8 偏振態(tài)的實驗檢驗5.9 偏振光的干涉*5.10 場致雙折射現(xiàn)象及其應用視窗與鏈接 液晶的電光效應及其應用5.11 旋光效應*5.12 偏振態(tài)的矩陣表述瓊斯矢量和瓊斯矩陣附錄5.1 從沃拉斯頓棱鏡出射的兩束線偏振光夾角公式(5一15)的推導習題第6章 光的吸收、散射和色散6.1 電偶極輻射對反射和折射現(xiàn)象的解釋6.2 光的吸收6.3 光的散射視窗與鏈接 光的散射與環(huán)境污染監(jiān)測6.4 光的色散*6.5 色散的經(jīng)典理論習題第7章 光的量子性7.1 光速“米”的定義視窗與鏈接 光頻梳7.2 經(jīng)典輻射定律7.3 普朗克輻射公式視窗與鏈接 2006年諾貝爾物理學獎7.4 光電效應7.5 愛因斯坦的量子解釋視窗與鏈接 雙激光束光捕獲7.6 康普頓效應*7.7 德布羅意波7.8 波粒二象性附錄7.1 從普朗克公式推導斯忒藩-玻耳茲曼定律附錄7.2 從普朗克公式推導維恩位移定律習題第8章 現(xiàn)代光學基礎8.1 光與物質(zhì)相互作用8.2 激光原理8.3 激光的特性*8.4 激光器的種類視窗與鏈接 激光產(chǎn)生106T強磁場*8.5 非線性光學8.6 信息存儲技術*8.7 激光在生物學中的應用視窗與鏈接 王淦昌與慣性約束核聚變習題主要參考書目基本物理常量表習題答案

章節(jié)摘錄

插圖：光學的研究內(nèi)容十分廣泛，包括光的發(fā)射、傳播和接收等規(guī)律，光和其他物質(zhì)的相互作用（如光的吸收、散射和色散，光的機械作用和光的熱、電、化學和生理效應等），光的本性問題以及光在生產(chǎn)和社會生活中的應用。光學既是物理學中最古老的一門基礎學科，又是當前科學領域中最活躍的前沿陣地之一，具有強大的生命力和不可估量的發(fā)展前途。在本書的討論中我們把它分成幾何光學、波動光學、量子光學和現(xiàn)代光學四大部分。學好光學，既能為進一步學習原子物理、分子物理、相對論、量子力學等課程準備必要的條件，又有助于進一步探討微觀和宏觀世界的聯(lián)系與規(guī)律，并把這些規(guī)律用于指導生產(chǎn)實踐。光學的發(fā)展過程是人類認識客觀世界的進程中一個重要的組成部分，是不斷揭露矛盾和克服矛盾、從不完全和不確切的認識逐步走向較完善和較確切認識的過程。它的不少規(guī)律和理論是直接從生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的，也有相當多的發(fā)現(xiàn)來自長期的系統(tǒng)的科學實驗。因此，生產(chǎn)實踐和科學實驗是推動光學發(fā)展的強大動力，為光學發(fā)展提供了豐富的源泉。光學的發(fā)展為生產(chǎn)技術提供了許多精密、快速、生動的實驗手段和重要的理論依據(jù)；而生產(chǎn)技術的發(fā)展，又反過來不斷向光學提出許多要求解決的新課題，并為進一步深入研究光學準備了物質(zhì)條件。因此，同其他自然科學一樣，光學與生產(chǎn)實踐的關系生動地體現(xiàn)了理論和實踐的辯證關系。從方法論上看，作為物理學的一個重要學科分支，光學研究的發(fā)展也完全符合如下的認識規(guī)律：在觀察和實驗的基礎上，對物理現(xiàn)象進行分析、抽象和綜合，進而提出假說，形成理論，并不斷反復經(jīng)受實踐的檢驗。例如圍繞“光的本性是什么”這一根本問題，古往今來，人們就是沿著實驗一假說一理論一實驗的道路曲折前進的。這樣，一方面，正確的理論對實踐起指導作用；另一方面，理論通過實踐又獲得進一步的發(fā)展。這些我們可以從下述光學發(fā)展簡史中清楚地看到。

編輯推薦

《光學教程(第4版)》可作為高等師范院校物理專業(yè)的教材，也可作為綜合性大學、高等工科院校有關專業(yè)的教學參考書，并可供中學物理教師參考。

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