光學(xué)教程

前言

光學(xué)是物理學(xué)中的一門重要的分支學(xué)科，它具有淵遠(yuǎn)的歷史和豐富的積累，并正在繼續(xù)迅速發(fā)展。光學(xué)的研究對(duì)象是光，包括光的本性以及光的發(fā)射、傳播、接收以及光與物質(zhì)相互作用等方面的規(guī)律。光學(xué)也是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科，光學(xué)的每一項(xiàng)研究進(jìn)展，都曾經(jīng)對(duì)物理學(xué)乃至整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生過重大的推動(dòng)作用。望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明開創(chuàng)了天文學(xué)和宇宙學(xué)研究的新紀(jì)元；顯微鏡的發(fā)明打開了通向微觀世界的大門，也開創(chuàng)了生物科學(xué)的新紀(jì)元；20世紀(jì)的物理學(xué)乃至所有重大科技成就，如相對(duì)論、量子力學(xué)、激光技術(shù)、微電子技術(shù)、光通信技術(shù)、航天技術(shù)等，無不與光學(xué)研究的進(jìn)展密切相關(guān)。今天，光學(xué)學(xué)科在應(yīng)用技術(shù)方面的發(fā)展已成為一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和軍事國(guó)防建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，也是衡量這個(gè)國(guó)家先進(jìn)程度的主要指標(biāo)之一。有些科學(xué)家還預(yù)言，21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)將以“光電子學(xué)”或稱“光子學(xué)”為主要支柱?？梢姡鈱W(xué)學(xué)科在今后發(fā)展中所占有的重要地位。在光學(xué)教學(xué)和研究中，根據(jù)所適用的研究觀點(diǎn)不同。一般將光學(xué)分為幾何光學(xué)、物理光學(xué)和現(xiàn)代光學(xué)三部分，物理光學(xué)又分為波動(dòng)光學(xué)和量子光學(xué)。幾何光學(xué)以光的直線傳播性質(zhì)為基礎(chǔ)，利用光線的概念，以及反射和折射定律等實(shí)驗(yàn)規(guī)律來描述光線在各種透明介質(zhì)中的傳播規(guī)律。是波動(dòng)光學(xué)在某些條件下（即波長(zhǎng)趨于零）的近似或極限；波動(dòng)光學(xué)以光的電磁波動(dòng)性質(zhì)為基礎(chǔ)，研究光的傳播、干涉、衍射、偏振以及光與物質(zhì)相互作用等規(guī)律。但基礎(chǔ)光學(xué)中的波動(dòng)光學(xué)僅側(cè)重于解釋光波的表觀行為，并不詳細(xì)涉及介電常數(shù)和磁導(dǎo)率與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系；量子光學(xué)以光的量子特性為基礎(chǔ)，從更深的層次上研究光的發(fā)射以及光與物質(zhì)相互作用的基本規(guī)律?，F(xiàn)代光學(xué)以激光理論與技術(shù)、非線性光學(xué)以及現(xiàn)代光學(xué)信息處理技術(shù)與光電子技術(shù)等為標(biāo)志，大多是綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科。

內(nèi)容概要

　　《光學(xué)教程》是根據(jù)作者多年來在物理學(xué)院為本科學(xué)生講授光學(xué)課的教學(xué)講義的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)修改整理并參考了國(guó)內(nèi)外大量光學(xué)教材和相關(guān)資料編寫而成的。全書共分九章，主要包括幾何光學(xué)、波動(dòng)光學(xué)、量子光學(xué)基礎(chǔ)以及現(xiàn)代光學(xué)的部分內(nèi)容，系統(tǒng)透徹地介紹了光學(xué)的基本概念、理論、規(guī)律、分析方法以及重要應(yīng)用。書中各章末均配有精選的習(xí)題?！　　豆鈱W(xué)教程》基本概念準(zhǔn)確，物理圖像清晰，取材新穎，邏輯體系嚴(yán)謹(jǐn)，數(shù)學(xué)運(yùn)算簡(jiǎn)潔?？勺鳛楦叩仍盒Ｎ锢眍悓I(yè)課程的教材，也可供其他相關(guān)專業(yè)的學(xué)生和教師參考。

書籍目錄

緒論第一章 幾何光學(xué)§1.1 幾何光學(xué)的基本定律§1.2 費(fèi)馬原理§1.3 成像的基本概念§1.4 光在平面上的反射和折射§1.5 光導(dǎo)纖維§1.6 棱鏡§1.7 光在單球面上的折射和反射§1.8 簿透鏡§1.9 共軸球面系統(tǒng)的逐次成像法§1.10 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)和基面§1.11 理想光學(xué)系統(tǒng)的物象關(guān)系、放大率§1.12 理想光學(xué)系統(tǒng)的組合習(xí)題第二章 光學(xué)成像儀器原理§2.1 光闌和光瞳§2.2 像差概述§2.3 人的眼睛§2.4 放大鏡和目鏡§2.5 顯微鏡§2.6 望遠(yuǎn)鏡和激光擴(kuò)束器§2.7 攝影系統(tǒng)§2.8 投影儀和光譜儀習(xí)題第三章 光波及其在各向同性介質(zhì)界面所發(fā)生的現(xiàn)象§3.1 光波及光波場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述§3.2 波函數(shù)的復(fù)數(shù)表示、復(fù)振幅§3.3 光波的偏振態(tài)§3.4 光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射§3.5 全反射與隱失波(近場(chǎng)光學(xué))§3.6 受抑全反射(光子隧道效應(yīng))習(xí)題第四章 光的干涉§4.1 波的疊加與干涉§4.2 光波相干條件和產(chǎn)生方法§4.3 楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)§4.4 其他幾種分波前干涉裝置§4.5 兩束平行光的干涉§4.6 光源的光譜寬度對(duì)干涉條紋對(duì)比度的影響、時(shí)間相干性§4.7 光源的空間寬度對(duì)干涉條紋對(duì)比度的影響、空間相干性§4.8 薄膜的等傾干涉§4.9 薄膜的等厚干涉§4.10 薄膜干涉的應(yīng)用舉例§4.11 邁克耳遜干涉儀§4.12 其他幾種重要的干涉儀§4.13 傅里葉變換光譜儀、光學(xué)相干層析術(shù)§4.14 多光束干涉與光學(xué)薄膜§4.15 法布里－珀羅干涉儀及其應(yīng)用習(xí)題第五章 光的衍射§5.1 光的衍射、惠更斯一菲涅耳原理§5.2 狹縫和矩形孔的夫瑯禾費(fèi)衍射§5.3 圓孔、圓環(huán)和多邊形的夫瑯禾費(fèi)衍射§5.4 互補(bǔ)屏、巴比涅原理§5.5 成像儀器的分辨本領(lǐng)§5.6 振幅型平面透射光柵§5.7 光柵光譜儀的特性§5.8 正弦型振幅光柵§5.9 閃耀光柵§5.10 體積光柵的布拉格衍射§5.11 波導(dǎo)光柵§5.12 達(dá)曼光柵§5.13 圓孔和圓屏的菲涅耳衍射§5.14 波帶片§5.15 塔爾波特效應(yīng)§5.16 光柵的云紋效應(yīng)習(xí)題第六章 變換光學(xué)及全息照相§6.1 傅里葉分析§6.2 衍射系統(tǒng)的傅里葉變換§6.3 薄透鏡的位相變換函數(shù)§6.4 阿貝成像原理§6.5 空間頻率濾波§6.6 全息照相§6.7 計(jì)算全息和數(shù)字全息§6.8 二元光學(xué)簡(jiǎn)介習(xí)題第七章 光在各向異性介質(zhì)中的傳播§7.1 晶體的雙折射、馬呂斯定律§7.2 偏振元件§7.3 相位延遲元件§7.4 偏振光通過波晶片后偏振態(tài)的變化§7.5 偏振光的產(chǎn)生以及偏振態(tài)的鑒別§7.6 偏振光的干涉§7.7 旋光現(xiàn)象與圓二色性§7.8 場(chǎng)致雙折射、磁致雙折射和磁致旋光效應(yīng)習(xí)題第八章 量子光學(xué)原理§8.1 光的吸收§8.2 光的色散§8.3 光的相速和群速§8.4 光的散射§8.5 光源、輻射度量和光度量§8.6 黑體輻射及黑體輻射的普朗克公式§8.7 光量子和光的波粒二象性習(xí)題第九章 現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)§9.1 光與原子系統(tǒng)的相互作用§9.2 激光的工作原理§9.3 幾種典型的激光器§9.4 激光的應(yīng)用§9.5 非線性光學(xué)§9.6 自適應(yīng)光學(xué)與主動(dòng)光學(xué)習(xí)題附錄A物理常量參考答案主要參考書目

章節(jié)摘錄

插圖：波動(dòng)有橫波和縱波之分，橫波的振動(dòng)方向與傳播方向垂直，其振動(dòng)方向是一個(gè)有別于垂直傳播方向的其它橫方向的特殊方向，因此不具有以傳播方向?yàn)檩S的對(duì)稱性，這種不對(duì)稱現(xiàn)象稱為波的偏振。縱波的振動(dòng)方向與傳播方向一致，在垂直于傳播方向的各個(gè)方向去觀察縱波，情況是完全相同的，具有對(duì)稱性，即縱波不產(chǎn)生偏振。因此偏振是橫波區(qū)別于縱波的根本標(biāo)志。電磁理論表明，電磁波是橫波。光波是特定頻率范圍的電磁波，顯然光波也是一種橫波，其光矢量E的振動(dòng)方向應(yīng)與光波的傳播方向垂直。但是在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量還可能有各種不同的振動(dòng)狀態(tài)，我們把光矢量的這些振動(dòng)狀態(tài)稱為光波的偏振態(tài)。光波的偏振態(tài)共有3類5種：（1）完全偏振光（線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光）；（2）非偏振光（自然光）；（3）部分偏振光。以下分別講述。

編輯推薦

《光學(xué)教程》是由吉林大學(xué)出版社出版的?！豆鈱W(xué)教程》基本概念準(zhǔn)確，物理圖像清晰，取材新穎，邏輯體系嚴(yán)謹(jǐn)，數(shù)學(xué)運(yùn)算簡(jiǎn)潔。可作為高等院校物理類專業(yè)課程的教材，也可供其他相關(guān)專業(yè)的學(xué)生和教師參考。

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