物理光學(xué)理論與應(yīng)用

前言

　　《物理光學(xué)理論與應(yīng)用》這本書著重講解干涉、衍射、偏振等光學(xué)現(xiàn)象的物理實質(zhì)；著重講解光學(xué)理論和光學(xué)儀器在微距、小角度、物質(zhì)成分和含量、表面檢測等方面的應(yīng)用。　　本書的教學(xué)時數(shù)為64學(xué)時。全書共分6章：第1章，從光的電磁理論出發(fā)，著重討論光在各向同性介質(zhì)中的傳輸規(guī)律，以及光在介質(zhì)表面的反射和折射規(guī)律；第2章，在介紹晶體基本特性的基礎(chǔ)上，重點討論光在單軸晶體和雙軸晶體中傳播時的基本規(guī)律以及光在晶體表面上的反射和折射規(guī)律；第3章，在光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論基礎(chǔ)上，討論介質(zhì)對光的吸收、色散和散射現(xiàn)象的本質(zhì)和所遵循的基本規(guī)律，并介紹它們在物質(zhì)成分、含量和濃度分析與檢測等方面的應(yīng)用；第4章，主要討論雙光束干涉、多光束干涉、干涉儀器以及干涉的應(yīng)用；第5章，在惠更斯.菲涅耳衍射理論的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論基爾霍夫標(biāo)量衍射理論，并用傅里葉變換的方法來處理夫瑯禾費衍射，介紹衍射理論在光譜分析等方面的應(yīng)用；第6章，著重研究偏振光的產(chǎn)生，偏振光和偏振器件的瓊斯矩陣表示，偏振光的干涉以及偏振光的應(yīng)用。　　本書前后連貫，邏輯性強(qiáng)，便于學(xué)習(xí)和記憶。本書圖表豐富，推演過程詳細(xì)，便于理解和掌握。本書各節(jié)都有要點總結(jié)，便于對重點知識的把握。本書各章后面有小結(jié)和應(yīng)用實例，并附有與講述內(nèi)容聯(lián)系緊密并且實用性強(qiáng)的習(xí)題，便于學(xué)以致用?！　”緯勺鳛楣庑畔⒖茖W(xué)與技術(shù)專業(yè)、應(yīng)用物理專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、光電子技術(shù)科學(xué)專業(yè)以及光學(xué)工程專業(yè)的本科生專業(yè)基礎(chǔ)教材，也可供從事與光學(xué)學(xué)科相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)和研究的師生以及科技人員參考。　　本書由宋貴才編寫第2、5、6章，全薇編寫第3、4章，王新編寫第1章。宋貴才統(tǒng)編全稿，解輝、鐘亮對全書進(jìn)行了校訂，并由梁柱主審。本書在編寫過程中得到了張喜和、金光勇、馬文聯(lián)的大力支持，也得到了趙振明、李昌立、呂彥飛和雷建國的幫助，在此向他們表示誠摯的感謝！　　由于編者水平有限，書中難免存在不足之處，殷切期望廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書從光的電磁理論出發(fā)，系統(tǒng)、深入地討論了光在介質(zhì)中傳播時發(fā)生的基本現(xiàn)象和遵循的基本規(guī)律。全書內(nèi)容共分6章：光在各向同性介質(zhì)中的傳播規(guī)律；光在各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律；介質(zhì)對光的吸收、色散和散射；光的干涉理論與應(yīng)用；光的衍射理論與應(yīng)用；光的偏振理論與應(yīng)用。    本著厚基礎(chǔ)、重應(yīng)用，使讀者學(xué)以致用的理念，本書全面、系統(tǒng)地講述了光學(xué)現(xiàn)象的物理實質(zhì)和光學(xué)原理在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)研究等方面的應(yīng)用。    本書可作為光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、應(yīng)用物理專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、光電子技術(shù)科學(xué)專業(yè)以及光學(xué)工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)教材，也可供從事與光學(xué)學(xué)科相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)和研究的師生以及科技人員參考。

書籍目錄

緒論第1章 光在各向同性介質(zhì)中的傳播規(guī)律  1.1 麥克斯韋方程組    1.1.1 積分形式的麥克斯韋方程組    1.1.2 微分形式的麥克斯韋方程組    1.1.3 電磁場常用公式  1.2 電磁場的波動方程    1.2.1 波動方程    1.2.2 電磁波  1.3 平面電磁波    1.3.1 平面電磁波的解    1.3.2 平面電磁波的表示方法    1.3.3 平面電磁波的性質(zhì)    1.3.4 平面波電磁波的疊加  1.4 球面波與柱面波    1.4.1 球面波    1.4.2 柱面波  1.5 光駐波    1.5.1 波節(jié)與波腹    1.5.2 駐波實驗  1.6 復(fù)色光波    1.6.1 光學(xué)拍    1.6.2 相速度與群速度    1.6.3 多個不同頻率光波的疊加  1.7 電磁場的邊值關(guān)系    1.7.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度與電感應(yīng)強(qiáng)度所滿足的邊值關(guān)系    1.7.2 電場強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度所滿足的邊值關(guān)系  1.8 光在介質(zhì)表面的反射與折射    1.8.1 入、反、折三波的頻率與波矢關(guān)系    1.8.2 反射波與折射波的方向  1.9 菲涅耳公式    1.9.1 S波的反射系數(shù)與透射系數(shù)    1.9.2 P波的反射系數(shù)與透射系數(shù)    1.9.3 菲涅耳公式的討論    1.9.4 斯托克斯倒逆關(guān)系    1.9.5 反射率與透過率  1.10 全反射    1.10.1 反射系數(shù)變化    1.10.2 位相變化    1.10.3 倏逝波  1.11 光在金屬表面的透射與反射    1.11.1 金屬內(nèi)的透射波    1.11.2 金屬表面的反射  小結(jié)1  應(yīng)用實例1  習(xí)題1第2章 光在各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律  2.1 各向異性晶體概述    2.1.1 各向異性晶體的基本性質(zhì)    2.1.2 尋常光與非常光    2.1.3 晶體的光軸    2.1.4 主平面、主截面與入射面    2.1.5 介電張量與折射率張量    2.1.6 張量的變換  2.2 光在晶體中傳播的基本規(guī)律    2.2.1 晶體中單色平面波的各矢量關(guān)系    2.2.2 晶體中光波的相速度與光線速度    2.2.3 晶體中E與D的關(guān)系  ……第3章 介質(zhì)對光的吸收、色散與散射第4章 光的干涉理論與應(yīng)用第5章 光的衍射理論與應(yīng)用第6齊 光的編振理論與應(yīng)用術(shù)語英－漢索引習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　人們都知道，沒有光，人和動植物將不能生存。那么，光是什么？這個問題一直是科學(xué)家們研究和探討的，至今為止，人們對光的本質(zhì)的認(rèn)識仍然在繼續(xù)著?！　〗?jīng)過漫長的發(fā)展過程，在17世紀(jì)下半葉，對光的認(rèn)識有了兩種針鋒相對的觀點：一種是以牛頓（Newton，1642-1727）為代表的微粒說，另一種是以惠更斯1629-16951為代表的波動說。微粒說認(rèn)為，光是由光源飛出來的微粒流，光在介質(zhì)中傳播時，光速的變化是介質(zhì)對微粒產(chǎn)生弓}力的結(jié)果，并預(yù)言光在密度大的介質(zhì)中的傳播速度大于光在密度小的介質(zhì)中的傳播速度。波動說則認(rèn)為，光是類似于水波、聲波在“以太”中傳播的彈性波，并認(rèn)為光在密度大的介質(zhì)中的傳播速度小于光在密度小的介質(zhì)中的傳播速度。無論是微粒說，還是波動說，都對光的反射、折射等現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，但在折射定律的解釋上卻存在著明顯的分歧。由于在當(dāng)時牛頓威望很高，多數(shù)人都接受了牛頓的觀點，因而18世紀(jì)微粒說占主導(dǎo)地位?！　〉搅?9世紀(jì)，楊和菲涅耳對波動說的發(fā)展起到了決定性作用。1801年，楊氏做了雙縫干涉實驗，并第一次成功地測定了光的波長。1815年，菲涅耳用楊氏干涉原理補(bǔ)充了惠更斯原理，形成了菲涅耳·惠更斯原理。運用這個原理不僅可以解釋光在均勻介質(zhì)中的直線傳播，而且還能解釋光通過障礙時所發(fā)生的衍射現(xiàn)象。因此，它是波動光學(xué)的一個重要原理。1808年，馬呂發(fā)現(xiàn)了光在兩種介質(zhì)的界面上反射時的偏振現(xiàn)象，隨后菲涅耳和阿喇果對光的偏振現(xiàn)象和偏振光的產(chǎn)生進(jìn)行了研究。為了解釋這些現(xiàn)象，楊氏在1817年提出了光波是橫波的假設(shè)。橫波的假設(shè)很好地解釋了光的偏振現(xiàn)象。但這時仍然把光波看作是在“以太”中傳播的彈性波，至于“以太”是什么，仍難自圓其說，這樣波動理論存在的問題也就顯露出來?！　?845年，法拉第發(fā)現(xiàn)了光的振動面在強(qiáng)磁場中的旋轉(zhuǎn)，揭示了光學(xué)現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。1856年，韋伯和柯爾勞斯在做電學(xué)實驗時發(fā)現(xiàn)，電荷的電磁單位和靜電單位的比值等于光在真空中的傳播速度。從這些現(xiàn)象中人們得到啟示，即在研究光學(xué)現(xiàn)象時，必須和其他物理現(xiàn)象聯(lián)系起來考慮?！　獠▌拥耐暾碚撁枋鍪窃?9世紀(jì)中葉，1865年，麥克斯韋在總結(jié)前人研究工作的基礎(chǔ)上，建立了電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在，指出光也是一種電磁波。通過解波動方程，得到刀的麥克斯韋關(guān)系式。這表明，介質(zhì)的光學(xué)常數(shù)與電學(xué)常數(shù)和磁學(xué)常數(shù)有著內(nèi)在的聯(lián)系?！　　?/pre>








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