光學

前言

本教材是在第一版（1994）和第二版（1999）的基礎上修改而成。本次修訂對內容作了較多的重寫和修正，刪除了一些不重要的章節(jié)，并盡量聯(lián)系到在這段時期中光學所取得的一些新成果。此外，還考慮到目前高中物理教學中“光學”部分的內容占有的比例較少，所以編撰是從最基本的光學現(xiàn)象開始，盡量注意概念的敘述，同時增添了多幅圖表為輔助以達到更為直觀的表述。本教材的主要目標仍然保持第一版中所提到的主旨，即適合于安排為一學期“光學”課程的教學，這是對理科的物理系、核物理系等和工科的電子工程系、計算機科學系、信息工程系、光科學及工程系等的普通物理教學計劃中“光學”課程建議采用的教材。本教材的學習基礎是已經(jīng)掌握了普通物理學中的電磁學和數(shù)學中的微積分等前期課程中的知識。本教材將全書內容分成為上篇和下篇兩部分，上篇：基礎光學——建立“光”的電磁波理論，闡述各種基本光學現(xiàn)象，主旨于認識基本的光學現(xiàn)象和由此而建立的光學原理和理論，掌握了這些光學基礎知識以后可以使學生對光學有一個初步但概念上仍然是準確的認識。這部分的內容不僅對所有需要學習光學課程的理工科專業(yè)是必要的，而且對于只安排半學期的一般理科如化學系、生物系和其他工科各系的普通物理的光學課程也是合適的，只是需要略去一些數(shù)學推導而注重概念的建立，就可以按教學計劃的學時數(shù)完成。下篇：選讀篇——加深光學基本概念的理解并走向前沿，是聯(lián)系到光科學領域中的一些近代進展和前景展望，從而可以加深對基本概念的認識。20世紀50年代由于激光的出現(xiàn)而帶來了光科學的巨大變革，近十年來則又從微光電子學發(fā)展到納米光電子學的范疇，其研究和發(fā)展的領域已經(jīng)從原來的“經(jīng)典光學”進展到了“現(xiàn)代光學”時代，從而使光科學達到了空前的繁榮并涉及極為廣泛的范圍。當然還應該意識到光科學的進展是跟其他學科如近代物理學、凝聚態(tài)物理學、微電子學、信息通信學等學科的進展有著密切相關的聯(lián)系，而學科之間的科學思想和進展是相互關聯(lián)并促進的。所以若是能夠了解光科學的發(fā)展現(xiàn)狀、它的前沿目標和它與其他學科之間的關聯(lián)等都是十分有益的知識儲備。下篇中的每一章只是簡要介紹在某些前沿領域中的新成果，而其內容是與上篇中的相應章節(jié)相聯(lián)系的。這些內容對于不同專業(yè)可以根據(jù)需要而由授課教師決定取舍，即使不講授也仍然可以供學生參閱以開闊視野，了解和跟蹤光學前沿的發(fā)展步伐。

內容概要

　　《普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材：光學(第3版)》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，由作者在第一版（1994）和第二版（1999）的基礎上修改和增補而成。本次修訂在保持原有特色的基礎上，對內容作了較多的重寫和修正，刪除了一些不重要的章節(jié)，并引入了近期光學學科發(fā)展的新成果。全書分上、下兩篇，上篇：基礎光學——建立“光”的電磁波理論，闡述各種基本光學現(xiàn)象；下篇：選讀篇——加深光學基本概念的理解并走向前沿?！　　镀胀ǜ叩冉逃晃鍑壹壱?guī)劃教材：光學(第3版)》可作為高等學校物理類專業(yè)光學課程的教材，也可供有關科技人員參考。

書籍目錄

上篇 基礎光學——建立“光”的電磁波理論，闡述各種基本光學現(xiàn)象第一章 緒論1.1 光學是物理學科中的重要分支學科1.2 我國古代在光學方面的成就1.3 20世紀前在光科學方面的發(fā)展簡史1.4 20世紀到近期的若干重大進展1.5 光波是電磁波譜中的一員1.6 光子與電子之間的異同第二章 光波運動的數(shù)學表述及光波的疊加原理2.1 麥克斯韋方程組和單色平面波2.2 光波的能量、能量流（光強）和動量2.3 球面波2.4 高斯型波面和高斯光束2.5 光在均勻介質中的傳播折射率與光程2.6 平面波在介質界面上的折射和反射2.7 多束光波的疊加疊加原理2.8 振動方向相互垂直的光波疊加橢圓偏振光2.9 不同頻率的光波疊加第三章 幾何光學3.1 幾何光學的含義費馬原理3.2 平面反射鏡的成像和反射定律3.3 球面反射鏡、橢球面反射鏡和拋物面反射鏡的成像3.4 光線通過介質界面的折射和全反射3.5 近軸光線經(jīng)過單球面折射體的傳播規(guī)律3.6 薄透鏡成像規(guī)律及光線追跡法3.7 光線經(jīng)過同軸系統(tǒng)的ABCD轉換矩陣3.8 透鏡的像差3.9 光闌與光瞳3.1 0常用的光學元件：棱鏡和光纖3.1 1幾何光學儀器3.1 2幾何光學的成就及其不足第四章 光波的干涉現(xiàn)象和相干性4.1 光波的干涉現(xiàn)象及疊加原理4.2 波前分割法楊氏雙縫干涉4.3 振幅分割法楔形薄層的干涉和牛頓環(huán)4.4 邁克耳孫干涉儀和馬赫-曾德爾干涉儀4.5 多光束疊加干涉及法布里一珀羅干涉儀4.6 準單色光及面光源的干涉邁克耳孫恒星干涉儀第五章 光的衍射現(xiàn)象5.1 光的衍射及惠更斯一菲涅耳原理5.2 菲涅耳衍射和夫瑯禾費衍射5.3 夫瑯禾費衍射：求解單縫、矩形孔、雙縫及光柵的衍射5.4 夫瑯禾費衍射：求解圓孔的衍射5.5 分辨率、分辨率極限及瑞利判據(jù)5.6 夫瑯禾費衍射與傅里葉變換第六章 光波在界面及多層薄膜系統(tǒng)的反射和折射6.1 電磁波跨越界面需要滿足的邊界條件6.2 菲涅耳的反射和折射公式6.3 菲涅耳公式討論之一：光波在界面上反射的相位突變6.4 菲涅耳公式討論之二：布儒斯特定律6.5 菲涅耳公式討論之三：全反射產(chǎn)生倏逝波，古斯一亨興效應6.6 介質界面上的反射率和透射率6.7 光波在金屬界面上的反射和吸收6.8 光波在涂有單層介質薄膜表面上的反射和透射6.9 光波在涂有多層介質薄膜表面上的反射和透射——薄膜光學6.1 0一些典型光學膜系的結構及其反射率特性6.1 1關于選用膜系的考慮第七章 晶體雙折射現(xiàn)象光波的偏振態(tài)及其檢測7.1 光在各向異性介質中傳播的現(xiàn)象7.2 光波偏振態(tài)的檢測波片的用途7.3 對橢圓偏振光的分析斯托克斯參數(shù)7.4 對橢圓偏振態(tài)的另一種描述：瓊斯矢量和瓊斯矩陣7.5 橢偏儀——橢圓偏振光在測定表面光學常量中的應用第八章 光波在介質中傳播的色散現(xiàn)象光的散射8.1 多色光波在介質中的傳播8.2 光與物質的相互作用電偶極子振蕩8.3 金屬材料中的自由電子振蕩8.4 介質材料對光波的吸收和色散經(jīng)典色散理論8.5 電極化強度在光場作用下的行為8.6 光的散射現(xiàn)象第九章 光源和激光9.1 固態(tài)物質的發(fā)光及輻射計量：輻射度學和光度學9.2 熱光源和黑體輻射源9.3 原子、分子體系發(fā)光的微觀機制9.4 若干典型的發(fā)光體及其性質9.5 激光光源的簡要原理9.6 常用的激光器及其特性9.7 激光的特點及提高輸出功率的技術9.8 一些重要的激光應用9.9 激光束的特點和傳播第十章 光探測器10.1 光探測器的類別10.2 光電效應探測器10.3 多元陣列光敏探測器及電荷耦合器件下篇 選讀篇——加深光學基本概念的理解并走向前沿第十一章 天文望遠鏡和顯微鏡的進展11.1 近年來在天文望遠鏡方面的進展11.2 適應光學在天文望遠鏡上發(fā)揮了作用11.3 顯微鏡的進展和近年來的成就11.4 突破衍射極限的近場探測第十二章 傅里葉光學及全息照相術12.1 光學圖像的傅里葉變換及空間頻率12.2 空間頻率的濾波12.3 傅里葉變換與光學現(xiàn)象的對應12.4 全息照相術12.5 全息照相的實際裝置第十三章 衍射光學元件13.1 衍射光學元件的含義13.2 衍射光學元件的衍射效率13.3 衍射光學元件的計算機設計簡述13.4 衍射光學元件的制備工藝簡介13.5 幾種典型的衍射光學元件第十四章 非線性光學14.1 光學中的非線性現(xiàn)象14.2 介質的光學非線性響應14.3 光波在非線性介質中的傳播14.4 二階光學非線性現(xiàn)象14.5 三階光學非線性效應第十五章 極窄脈寬和極窄頻寬的激光光譜學頻率梳光譜學15.1 極窄脈寬激光器的研究進展15.2 實驗桌上的高功率窄脈沖激光器15.3 高功率超短脈沖激光束的應用示例15.4 極窄脈寬的精密激光光譜學和頻率梳第十六章 表面的光學研究和表面吸附分子的光學檢測16.1 表面光學研究的進展等離子體激元及表面電磁耦合激元16.2 表面等離子體激元及表面電磁耦合激元的形成和性質16.3 表面電磁耦合激元的激勵、衰減全反射現(xiàn)象16.4 朗繆-勃絡吉單分子層的檢測16.5 光學非線性效應對表面吸附分子的檢測第十七章 納米光子學概述17.1 納米光子學的含義17.2 納米顆粒金屬納米顆粒的特性和制備17.3 等離子體激元學：光子學和電子學在納米尺度下的匯合17.4 光子晶體的結構和制備17.5 光子晶體的光學特性17.6 光子晶體光纖第十八章 負折射率材料及其光學特性18.1 負折射率材料的發(fā)現(xiàn)及現(xiàn)狀18.2 負折射率材料具有奇異的光學特性18.3 負折射率材料可以隱藏物體而不被察覺第十九章 光學相干性的量子理論簡介19.1 光的相干性及HBT效應19.2 光學相干性的量子論述量子光學習題附錄一些常用數(shù)據(jù)

章節(jié)摘錄

插圖：當20世紀60年代初期通過科學家們的辛勤勞動而研究成功了“激光”這一劃時代的創(chuàng)建以后，又發(fā)掘了眾多前所未能觀察到的光學現(xiàn)象和光學過程，其中尤以高分辨率激光光譜學，超快過程激光光譜學和光學非線性現(xiàn)象等研究最為突出而引人注目。由于激光能夠發(fā)射出極強的光束，這意味著它擁有極強的電磁場，因而可以很容易觀察到物質的光學非線性效應，這是在通常的光源照射下不可能被觀察到的新現(xiàn)象。光學非線性效應是十分重要的基礎性研究，同時具有廣泛的應用。例如在極強的激光照射下，具有非線性效應的介質可以使入射激光的頻率發(fā)生改變，使具有紅外波段的激光束照射到一塊非線性介質后就可以轉變?yōu)榭梢姽舛敵?。此外，由于光纖制備技術的成熟并與摻鉺的激光光纖放大器相結合而發(fā)展了實用的光纖通信系統(tǒng)，又是一個非凡的成功。利用光波而不是無線電波作為信息載體是由于光波的頻率要遠比無線電波的頻率高，因而可以載容更多的電視通道和電話通道。光纖的原材料主要是二氧化硅，在地球上的含量相比于原材料為銅的電纜要豐富得多，因而不必由此擔心資源的枯竭，光纖通信已經(jīng)在我國許多地區(qū)投入了運行。利用激光的高能量可以使氘核產(chǎn)生聚變，這是通過受控核聚變以獲得新能源的一個很有希望的途徑，目前世界上只有少數(shù)幾個先進國家在進行這一研究，而我國就是其中之一。利用激光光束所具有的十分優(yōu)良的方向性這一特點，在造船工業(yè)、建筑工業(yè)中的準直和丈量上取得了廣泛的應用，其操作簡便且結果準確。光學技術和激光在軍事上的應用更是受到各個先進國家的重視，常用的技術是利用激光對敵對目標的測距和制導。新發(fā)展的激光武器有更多的優(yōu)點而在現(xiàn)代化的戰(zhàn)略戰(zhàn)術中成為不可缺少的手段。光學和激光的技術與計算機和微電子學相結合后可以獲得若干神奇的效果，這類成果是不勝枚舉的。就以近年來在天文觀測方面為例，科學家們創(chuàng)造出了利用太空中的星點（實際上是發(fā)光的原子）作為參考的“信標燈”，由于星光在通過大氣層湍動后會引起圖像模糊，同時也會使信標燈的光點模糊。但“信標燈”的模糊點光源可以利用計算機控制實時反饋信號系統(tǒng)而能補償這種干擾后使觀察到標燈的圖像恢復為點光源。

編輯推薦

《光學(第3版)》是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。

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