物理光學(xué)

前言

光信息科學(xué)與技術(shù)是近年來新發(fā)展的專業(yè)，《物理光學(xué)》作為其必修專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，在教學(xué)內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)上需要認(rèn)真研究與部署。在《大學(xué)物理》中，已經(jīng)寬泛地講授了干涉、衍射和偏振等物理光學(xué)的主要內(nèi)容，這個(gè)階段的主要任務(wù)是加強(qiáng)對光學(xué)現(xiàn)象及規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解。后續(xù)課程，例如《光電子學(xué)》、《光學(xué)信息處理》、《光電儀器與系統(tǒng)》、《光纖通信技術(shù)》等均是在物理光學(xué)的理論基礎(chǔ)上研究更為深入的課題。因此，《物理光學(xué)》在專業(yè)課程設(shè)置中起著承前啟后的作用。為貫徹教育部教高[2007]1號(hào)文件精神，推進(jìn)高等教育“質(zhì)量工程”的實(shí)施，將教學(xué)改革的成果和教學(xué)實(shí)踐的積累體現(xiàn)到教材建設(shè)中，本書結(jié)合工科院校新修訂培養(yǎng)計(jì)劃的教學(xué)要求，以信息技術(shù)為主導(dǎo)、以應(yīng)用能力的培養(yǎng)為目標(biāo)，針對光信息科學(xué)與技術(shù)、光電子技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的特點(diǎn)而編寫。本書可以作為高等院校相關(guān)專業(yè)的本科生教材或者教學(xué)參考用書，也可以作為職業(yè)技術(shù)學(xué)院相關(guān)專業(yè)的教材和教學(xué)參考用書?？偨虒W(xué)時(shí)數(shù)為40學(xué)時(shí)左右。通信、計(jì)算機(jī)及微電子等技術(shù)的迅猛發(fā)展對專業(yè)課程的設(shè)置提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，尤其是實(shí)行學(xué)分制后，各專業(yè)的課程在教學(xué)部署上都作了相應(yīng)改變，比如物理光學(xué)由原來的68學(xué)時(shí)調(diào)整到36學(xué)時(shí)。從目前來看，物理光學(xué)的內(nèi)容編排與其前后課程的連貫性不好，或存在數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣艱深、內(nèi)容龐雜，不能突出物理原理；或存在與前后課程內(nèi)容重復(fù)過多，不能突出應(yīng)用性等問題。為了落實(shí)新修訂培養(yǎng)計(jì)劃的要求，有必要在教學(xué)大綱、內(nèi)容結(jié)構(gòu)和知識(shí)層次上結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行整合。如何組織物理光學(xué)的教學(xué)體系，既避免繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，又闡明物理光學(xué)的基本規(guī)律和實(shí)踐應(yīng)用，構(gòu)建獨(dú)立的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，以及培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、總結(jié)歸納能力及自主創(chuàng)新的意識(shí)和能力是本課程亟待解決的問題。物理光學(xué)要從光的本性、光與物質(zhì)作用機(jī)理的高度出發(fā)，把握光學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，闡明光學(xué)的基本理論與基本分析方法，著重運(yùn)用光學(xué)原理解決實(shí)際工程問題，為信息的獲取、傳遞、處理及應(yīng)用等奠定理論基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

本書以光的波動(dòng)性為基礎(chǔ)，研究和闡述光的本性、光學(xué)基本原理及其應(yīng)用，注重展現(xiàn)最新光學(xué)科技成果及其成就。主要內(nèi)容安排如下。    第1章介紹光的電磁理論，闡述光的基本性質(zhì)，分析光在各向同性介質(zhì)中的傳播規(guī)律和介質(zhì)分界面上的能量分配特性； 第2章從波的疊加原理出發(fā)研究光的干涉規(guī)律，討論光的相干性，介紹光的干涉裝置及其典型應(yīng)用； 第3章圍繞衍射闡述光的波動(dòng)性，說明衍射是光在空間或物質(zhì)中傳播的一種基本方式，進(jìn)一步基于基爾霍夫衍射公式和菲涅耳半波帶法研究衍射的處理方法及其應(yīng)用； 第4章討論光的偏振特性及其應(yīng)用，研究光在晶體中的傳播特性和偏振元件對光的作用，以及偏振元件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，并介紹處理偏振的瓊斯矩陣法； 第5章通過對光的吸收、散射和色散現(xiàn)象的論述，從光波場作用的觀點(diǎn)出發(fā)討論光與物質(zhì)的相互作用； 第6章以黑體輻射、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)等現(xiàn)象為基礎(chǔ)建立起量子的概念，并闡述光的波粒二象性； 第7章介紹激光原理、傅里葉光學(xué)等現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及其應(yīng)用。    本書可以作為高等院校光信息科學(xué)與技術(shù)、光電信息工程、光學(xué)工程、光電子技術(shù)及光電控制等專業(yè)的本科教材，對于從事光通信、激光、紅外、光電檢測與計(jì)量的專業(yè)人員也有重要參考價(jià)值。

書籍目錄

緒論第1章 光的電磁理論  1.1 電磁波譜及電磁場基本方程  1.2 光波在各向同性介質(zhì)中的傳播  1.3 光波在介質(zhì)界面上的反射和折射  1.4 光波場的頻率譜  例題  習(xí)題第2章 光的干涉  2.1 光干涉的條件  2.2 雙光束干涉  2.3 多光束干涉  2.4 光學(xué)薄膜  2.5 典型的干涉儀及其應(yīng)用  2.6 光的相干性  例題  習(xí)題第3章 光的衍射  3.1 光的衍射現(xiàn)象  3.2 光的衍射原理  3.3 典型孔徑的夫瑯禾費(fèi)衍射  3.4 光學(xué)成像系統(tǒng)的衍射和分辨本領(lǐng)  3.5 夫瑯禾費(fèi)多縫衍射  3.6 衍射光柵  3.7 菲涅耳衍射  3.8 全息照相  例題  習(xí)題第4章 光的偏振和晶體光學(xué)基礎(chǔ)  4.1 光波的偏振特性  4.2 光通過單軸晶體時(shí)的雙折射現(xiàn)象  4.3 光在晶體中的波面  4.4 光在晶體中的傳播方向  4.5 偏振元件  4.6 偏振的矩陣表示  4.7 偏振態(tài)的獲得及實(shí)驗(yàn)檢定  4.8 偏振光的干涉  4.9 光彈效應(yīng)和電光效應(yīng)  4.10 聲光效應(yīng)  4.11 旋光現(xiàn)象  例題  習(xí)題第5章 光的吸收、散射和色散  5.1 光與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論  5.2 光的吸收  5.3 光的散射  5.4 光的色散  例題  習(xí)題第6章 光的量子性  6.1 熱輻射、基爾霍夫定律  6.2 黑體輻射  6.3 普朗克公式和能量子假說  6.4 光電效應(yīng)  6.5 光電效應(yīng)的量子解釋  6.6 康普頓效應(yīng)  6.7 德布羅意波  6.8 波粒二象性  例題  習(xí)題第7章 現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)  7.1 原子發(fā)光原理  7.2 光與原子相互作用  7.3 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)  7.4 光振蕩  7.5 激光的單色性  7.6 激光的相干性  7.7 傅里葉光學(xué)簡介  7.8 非線性光學(xué)基礎(chǔ)  例題  習(xí)題  習(xí)題答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：光學(xué)的任務(wù)是研究光的本性，揭示光的輻射、傳播和接收規(guī)律，明確光和其他物質(zhì)的相互作用，以及開展光學(xué)在科學(xué)技術(shù)方面的應(yīng)用。物理光學(xué)可以分為波動(dòng)光學(xué)和量子光學(xué)兩部分。波動(dòng)光學(xué)將光看作是一種波動(dòng)，能夠說明光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象；量子光學(xué)則是以光和物質(zhì)相互作用時(shí)顯示出的粒子性為基礎(chǔ)來研究光學(xué)。光學(xué)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)域中最活躍的研究前沿陣地之一，在光通信、光學(xué)材料與器件、先進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)制造與檢測技術(shù)等領(lǐng)域具有強(qiáng)大的生命力和不可估量的發(fā)展前途。在公元前4世紀(jì)，我國就對光學(xué)有了比較深刻的認(rèn)識(shí)，例如《墨經(jīng)》就總結(jié)出了一些光學(xué)規(guī)律，并論述了針孔成像、平面鏡成像和投影規(guī)律。17世紀(jì)末，英國科學(xué)家牛頓倡立了“光的微粒說”，可以解釋觀察到的許多光學(xué)現(xiàn)象，如光的直線性傳播、反射與折射等。笛卡兒也是17世紀(jì)支持微粒說的自然科學(xué)家之一，折射定律最早就是由笛卡兒于1637年公布于世的。他認(rèn)為光是一種粒子，并且在光密媒質(zhì)中的傳播速度比在光疏媒質(zhì)中要快。在同一年代，荷蘭科學(xué)家惠更斯創(chuàng)建了“光的波動(dòng)說”，并假定光振動(dòng)是在“以太”中傳播的。但當(dāng)時(shí)由于人們受牛頓學(xué)術(shù)威望的影響，波動(dòng)說歷時(shí)一個(gè)多世紀(jì)都未被重視。當(dāng)時(shí)的波動(dòng)說，只認(rèn)識(shí)到光線在遇到棱角之處會(huì)發(fā)生彎曲，而并不能說明光的本質(zhì)。1801年，英國科學(xué)家楊格用雙縫實(shí)驗(yàn)（楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)）證實(shí)了光的干涉現(xiàn)象，說明了惠更斯波動(dòng)說的正確性，也奠定了光的波動(dòng)性的基礎(chǔ)。同樣，有關(guān)光線繞射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，也支持了波動(dòng)說的真實(shí)性。1808年，法國科學(xué)家馬呂斯發(fā)現(xiàn)了光在反射時(shí)的偏振現(xiàn)象；1809年，英國科學(xué)家阿喇戈又發(fā)現(xiàn)了光偏振面的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。這些現(xiàn)象雖然能夠支持波動(dòng)說，但卻與光是彈性縱波的假設(shè)相矛盾。1817年，楊格提出了光是橫波的假設(shè)，這與關(guān)于偏振現(xiàn)象的解釋相吻合。1846年，英國科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了光的偏振面能夠在磁場中偏轉(zhuǎn)，進(jìn)一步指出了光學(xué)現(xiàn)象和磁學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系；1865年，英國物理學(xué)家麥克斯韋提出光是電磁波的概念，首次把光納入電磁波的一個(gè)頻段。1887年，美國科學(xué)家邁克耳孫在干涉儀測量實(shí)驗(yàn)中否定了以太的存在，也即否定了彈性波動(dòng)學(xué)說。

編輯推薦

《物理光學(xué)》是由清華大學(xué)出版社出版的。

圖書封面

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