光學(xué)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(xué)實(shí)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(xué)的發(fā)展，對原書進(jìn)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(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化，對傳統(tǒng)內(nèi)容進(jìn)行精選、整合和構(gòu)建，簡化了幾何光學(xué)、光學(xué)儀器部分，更新了現(xiàn)代光學(xué)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(jìn)了許多現(xiàn)代光學(xué)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(xué)等。還在例題和習(xí)題中滲透了現(xiàn)代光學(xué)知識，設(shè)置了開放性習(xí)題。在光學(xué)教學(xué)與信息技術(shù)整合方面，編制了《光學(xué)教程（第四版）電子教案》，還配置了相應(yīng)素材。另外還配有《光學(xué)教程（第四版）學(xué)習(xí)指導(dǎo)書》，力圖提供多元化的教學(xué)資源。本書著重在講清理論的同時，努力與科學(xué)、技術(shù)和社會緊密聯(lián)系。如角錐棱鏡在高速公路中的應(yīng)用、三原色原理、現(xiàn)代投影裝置、數(shù)碼相機(jī)、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、偏振在攝影和立體電影中的應(yīng)用、光的散射與環(huán)境污染監(jiān)測等。其目的是使學(xué)生理解光學(xué)知識在實(shí)際中的應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)興趣，更能適應(yīng)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(yīng)不同學(xué)時的需要，對內(nèi)容進(jìn)行了增刪，在教材內(nèi)容和習(xí)題的配置上實(shí)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(biāo)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(xué)、高等工科院校有關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書，并可供中學(xué)物理教師參考。本書由宣桂鑫負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)第3、5章，沈珊雄、黃燕萍負(fù)責(zé)第7、8章。本書已被選入國家“十一五”重點(diǎn)規(guī)劃教材和高等教育百門精品課程教材選題計劃項(xiàng)目，這是對編者的鼓勵。謹(jǐn)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(xué)院薛永祺院士、北京大學(xué)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(diǎn)、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(xué)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(xué)教程（第三版）》的基礎(chǔ)上，根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及廣大讀者的反饋意見和建議，結(jié)合科技和教學(xué)的發(fā)展修訂而成的。本次修訂保持了原書的主要特點(diǎn)和基本框架，努力探索教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化。對傳統(tǒng)內(nèi)容進(jìn)行了精選、整合和構(gòu)建，簡化了幾何光學(xué)和光學(xué)儀器部分，更新了現(xiàn)代光學(xué)部分并加入“視窗與鏈接”使內(nèi)容得以拓展。《光學(xué)教程（第4版）》內(nèi)容包括經(jīng)典光學(xué)的主要原理（干涉、衍射、幾何光學(xué)基礎(chǔ)、光的偏振、光的吸收、散射和色散）和應(yīng)用，并適當(dāng)介紹了現(xiàn)代光學(xué)的基本原理（光的量子性及現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)）和應(yīng)用。書中有些公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)作為附錄列于各章之末，每章均配有適當(dāng)?shù)睦}和習(xí)題?！　　豆鈱W(xué)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(xué)、高等工科院校有關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書，并可供中學(xué)物理教師參考。

書籍目錄

緒論0.1 光學(xué)的研究內(nèi)容和方法0.2 光學(xué)發(fā)展簡史第1章 光的干涉1.1 波動的獨(dú)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(yīng)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(dá)式 復(fù)振幅附錄1.3 菲涅耳公式的推導(dǎo)附錄1.4 額外光程差附錄1.5 有關(guān)法布里一珀羅干涉儀的(1—38)式的推導(dǎo)附錄1.6 有同一相位差的多光束疊加習(xí)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(fèi)單縫衍射2.4 夫瑯禾費(fèi)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(guān)的諾貝爾獎附錄2.1 夫瑯禾費(fèi)單縫衍射公式的推導(dǎo)附錄2.2 夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射公式的推導(dǎo)附錄2.3 平面光柵衍射公式的推導(dǎo)習(xí)題第3章 幾何光學(xué)的基本原理3.1 幾個基本概念和定律 費(fèi)馬原理3.2 光在平面界面上的反射和折射 光導(dǎo)纖維視窗與鏈接 光導(dǎo)纖維及其應(yīng)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(diǎn)和基面視窗與鏈接 集成光學(xué)簡介附錄3.1 圖3—6中P1和P|點(diǎn)坐標(biāo)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(dǎo)習(xí)題第4章 光學(xué)儀器的基本原理*4.1 人的眼睛4.2 助視儀器的放大本領(lǐng)*4.3 目鏡4.4 顯微鏡的放大本領(lǐng)4.5 望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)視窗與鏈接 太空實(shí)驗(yàn)室——哈勃太空望遠(yuǎn)鏡4.6 光闌 光瞳*4.7 光度學(xué)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(lǐng)視窗與鏈接 數(shù)碼相機(jī)*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(lǐng)視窗與鏈接 掃描隧穿顯微鏡4.11 分光儀器的色分辨本領(lǐng)習(xí)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(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)5.9 偏振光的干涉*5.10 場致雙折射現(xiàn)象及其應(yīng)用視窗與鏈接 液晶的電光效應(yīng)及其應(yīng)用5.11 旋光效應(yīng)*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(dǎo)習(xí)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(xí)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(xué)獎7.4 光電效應(yīng)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(yīng)*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(dǎo)斯忒藩-玻耳茲曼定律附錄7.2 從普朗克公式推導(dǎo)維恩位移定律習(xí)題第8章 現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)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(qiáng)磁場*8.5 非線性光學(xué)8.6 信息存儲技術(shù)*8.7 激光在生物學(xué)中的應(yīng)用視窗與鏈接 王淦昌與慣性約束核聚變習(xí)題主要參考書目基本物理常量表習(xí)題答案

章節(jié)摘錄

插圖：光學(xué)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(jī)械作用和光的熱、電、化學(xué)和生理效應(yīng)等），光的本性問題以及光在生產(chǎn)和社會生活中的應(yīng)用。光學(xué)既是物理學(xué)中最古老的一門基礎(chǔ)學(xué)科，又是當(dāng)前科學(xué)領(lǐng)域中最活躍的前沿陣地之一，具有強(qiáng)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(xué)、波動光學(xué)、量子光學(xué)和現(xiàn)代光學(xué)四大部分。學(xué)好光學(xué)，既能為進(jìn)一步學(xué)習(xí)原子物理、分子物理、相對論、量子力學(xué)等課程準(zhǔn)備必要的條件，又有助于進(jìn)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(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。光學(xué)的發(fā)展過程是人類認(rèn)識客觀世界的進(jìn)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(rèn)識逐步走向較完善和較確切認(rèn)識的過程。它的不少規(guī)律和理論是直接從生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的，也有相當(dāng)多的發(fā)現(xiàn)來自長期的系統(tǒng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。因此，生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)是推動光學(xué)發(fā)展的強(qiáng)大動力，為光學(xué)發(fā)展提供了豐富的源泉。光學(xué)的發(fā)展為生產(chǎn)技術(shù)提供了許多精密、快速、生動的實(shí)驗(yàn)手段和重要的理論依據(jù)；而生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，又反過來不斷向光學(xué)提出許多要求解決的新課題，并為進(jìn)一步深入研究光學(xué)準(zhǔn)備了物質(zhì)條件。因此，同其他自然科學(xué)一樣，光學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系生動地體現(xiàn)了理論和實(shí)踐的辯證關(guān)系。從方法論上看，作為物理學(xué)的一個重要學(xué)科分支，光學(xué)研究的發(fā)展也完全符合如下的認(rèn)識規(guī)律：在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對物理現(xiàn)象進(jìn)行分析、抽象和綜合，進(jìn)而提出假說，形成理論，并不斷反復(fù)經(jīng)受實(shí)踐的檢驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)一假說一理論一實(shí)驗(yàn)的道路曲折前進(jìn)的。這樣，一方面，正確的理論對實(shí)踐起指導(dǎo)作用；另一方面，理論通過實(shí)踐又獲得進(jìn)一步的發(fā)展。這些我們可以從下述光學(xué)發(fā)展簡史中清楚地看到。

編輯推薦

《光學(xué)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(xué)、高等工科院校有關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考書，并可供中學(xué)物理教師參考。

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