物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)

前言

本書系在2000年出版的《高等學(xué)校電子信息類規(guī)劃教材》之一的《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)》（石順祥、張海興、劉勁松編著）的基礎(chǔ)上，根據(jù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材的要求，重新編寫的。本書是為光電子技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、光信息科學(xué)與技術(shù)以及光學(xué)工程等專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”（或“物理光學(xué)”、“應(yīng)用光學(xué)”）編寫的教材，教學(xué)時數(shù)為80學(xué)時。根據(jù)普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)》編寫大綱，本書以光的電磁理論為理論基礎(chǔ)，以物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)為主體內(nèi)容，著重講授光在各向同性介質(zhì)、各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，光的干涉、衍射、偏振特性，光的吸收、色散、散射現(xiàn)象，以及應(yīng)用光學(xué)基礎(chǔ)知識和光在光學(xué)儀器中的傳播、成像特性。在編寫內(nèi)容上，既注意保持光學(xué)學(xué)科的理論完整性，又突出了它在光電子技術(shù)中的特色?？紤]到光電子技術(shù)的發(fā)展，光電子技術(shù)實際應(yīng)用中的要求，加強了有關(guān)光的相干性的內(nèi)容，特別注意了光的電磁理論在光電子技術(shù)中的應(yīng)用，并盡量反映光學(xué)學(xué)科的最新科技研究成果，介紹了傅里葉光學(xué)、近場光學(xué)、二元光學(xué)及與激光技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)知識。對于應(yīng)用光學(xué)內(nèi)容，本書是將其視為波動光學(xué)在不計光的波動效應(yīng)，即認(rèn)為光波長入—O時的特殊情況?？紤]到目前光學(xué)設(shè)計的實際應(yīng)用，增加了光學(xué)設(shè)計軟件應(yīng)用的基礎(chǔ)知識內(nèi)容。由于“物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)”課程是在“普通物理”和“電磁場理論”課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的，因而在遇到一些重復(fù)內(nèi)容時，本書只引用其主要結(jié)論，給出必要的說明，以方便閱讀和保持整體內(nèi)容的連續(xù)性。本書在內(nèi)容選取和編寫上，特別注意適合于學(xué)生自學(xué)的需求，每一章都選編了部分例題和習(xí)題，并在最后給出了參考答案。本書由石順祥編寫第1、2、4、5、6章和第3章部分內(nèi)容，王學(xué)恩編寫第7、8、9、10章，劉勁松編寫第3章大部分內(nèi)容，并由石順祥統(tǒng)編全書。本書在編寫過程中，得到了西安電子科技大學(xué)激光教研室和紅外教研室老師們的熱情。

內(nèi)容概要

本書為《普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材》，是在2000年出版的《高等學(xué)校電子信息類規(guī)劃教材》；《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)》的基礎(chǔ)上修訂而成的。
本書以光的電磁理論為理論基礎(chǔ)，以物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)為主體內(nèi)容。
第1～4章討論了光在各向同性介質(zhì)、各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，光的干涉、衍射、偏振特性，突出了光學(xué)原理在光電子技術(shù)中的應(yīng)用和進展，加強了光的相干性內(nèi)容，介紹了傅里葉光學(xué)、近場光學(xué)和二元光學(xué)的基礎(chǔ)。第5章介紹了光電子技術(shù)應(yīng)用中非常重要的感應(yīng)雙折射和光傳播特性的控制。第6
章介紹了光的吸收、色散和散射現(xiàn)象。第7～10章介紹了應(yīng)用光學(xué)的基礎(chǔ)知識和光在光學(xué)儀器中的傳播及成像特性。
本書可作為光電子技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、光信息科學(xué)與技術(shù)以及光學(xué)工程等專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，也可作為有關(guān)專業(yè)師生和科技人員的參考書。
★本書配有電子教案，需要的教師可與出版社聯(lián)系，免費提供。

作者簡介

石順祥，西安電子科技大學(xué)任教。王學(xué)恩，西安電子科技大學(xué)技術(shù)物理學(xué)院副教授，博士。劉勁松，華中科技大學(xué)光電子科學(xué)與工程學(xué)院院長、教授、博士生導(dǎo)師，華中科技大學(xué)激光技術(shù)國家重點實驗室特聘教授?，F(xiàn)兼任信息產(chǎn)業(yè)部電子科學(xué)研究院仿真技術(shù)專家組成員，中國光學(xué)學(xué)會青年工作委員會副主任委員。陜西西安人。參編《激光技術(shù)》等教材。

書籍目錄

緒論
第1章 光在各向同性介質(zhì)中的傳播特性
   1.1 光波的特性
     1.1.1 光電磁波及麥克斯韋電磁方程
     1.1.2 幾種特殊形式的光波
     1.1.3 光波場的時域頻率譜
     1.1.4 相速度和群速度
     1.1.5 光波的橫波性、偏振態(tài)及其表示
   1.2 光波在介質(zhì)界面上的反射和折射
     1.2.1 反射定律和折射定律
     1.2.2 菲涅耳公式
     1.2.3 反射率和透射率
     1.2.4 反射和折射的相位特性
     1.2.5 反射和折射的偏振特性
     1.2.6 全反射
   1.3 光波在金屬表面上的反射和折射
   例題
   習(xí)題
第2章 光的干涉
   2.1 雙光束干涉
     2.1.1 產(chǎn)生干涉的基本條件
     2.1.2 雙光束干涉
   2.2 平行平板的多光束干涉
   2.3 光學(xué)薄膜
     2.3.1 光學(xué)薄膜的反射特性
     2.3.2 薄膜波導(dǎo)
   2.4 典型干涉儀
     2.4.1 邁克爾遜干涉儀
     2.4.2 馬赫—澤德干涉儀
     2.4.3 法布里—珀羅干涉儀
   2.5 光的相干性
     2.5.1 光的相干性
     2.5.2 干涉的定域性
     2.5.3 相干性的定量描述
     2.5.4 激光的相干性
   例題
   習(xí)題
第3章 光的衍射
   3.1 衍射的基本理論
     3.1.1 光的衍射現(xiàn)象
     3.1.2 惠更斯—菲涅耳原理
     3.1.3 基爾霍夫衍射公式
   3.2 夫朗和費衍射
     3.2.1 夫朗和費衍射裝置
     3.2.2 夫朗和費矩形孔和圓孔衍射
     3.2.3 夫朗和費單縫和多縫衍射
     3.2.4 巴俾涅原理應(yīng)用
   3.3 菲涅耳衍射
     3.3.1 菲涅耳衍射的菲涅耳波帶法
     3.3.2 菲涅耳衍射的積分解法
   3.4 光柵和波帶片
     3.4.1 衍射光柵
     3.4.2 波導(dǎo)光柵
     3.4.3 全息光柵
     3.4.4 波帶片
   3.5 傅里葉光學(xué)基礎(chǔ)
     3.5.1 光波場的空間頻率與空間頻率譜
     3.5.2 光波衍射的傅里葉分析
     3.5.3 傅里葉變換定理的光學(xué)模擬
   3.6 二元光學(xué)概論
     3.6.1 二元光學(xué)
     3.6.2 二元光學(xué)元件
     3.6.3 二元光學(xué)元件的制作
   3.7 近場光學(xué)簡介
   例題
   習(xí)題
第4章 光在各向異性介質(zhì)中的傳播特性
   4.1 晶體的光學(xué)各向異性
     4.1.1 張量的基礎(chǔ)知識
     4.1.2 晶體的介電張量
   4.2 理想單色平面光波在晶體中的傳播
     4.2.1 在晶體中傳播的解析法描述
     4.2.2 光在晶體中傳播的幾何法描述
   4.3 平面光波在晶體界面上的反射和折射
     4.3.1 光在晶體界面上的雙反射和雙折射
     4.3.2 光在晶體界面上反射和折射方向的幾何作圖法描述
   4.4 晶體光學(xué)元件
     4.4.1 偏振器
     4.4.2 波片和補償器
   4.5 晶體的偏光干涉
     4.5.1 平行光的偏光干涉
     4.5.2 會聚光的偏光干涉
   例題
   習(xí)題
第5章 晶體的感應(yīng)雙折射
   5.1 電光效應(yīng)
     5.1.1 電光效應(yīng)的描述
     5.1.2 晶體的線性電光效應(yīng)
     5.1.3 晶體的二次電光效應(yīng)
     5.1.4 晶體電光效應(yīng)的應(yīng)用舉例
   5.2 聲光效應(yīng)
     5.2.1 彈光效應(yīng)和彈光系數(shù)
     5.2.2 聲光衍射
   5.3 晶體的旋光效應(yīng)與法拉第效應(yīng)
     5.3.1 晶體的旋光效應(yīng)
     5.3.2 法拉第效應(yīng)
   例題
   習(xí)題
第6章 光的吸收、色散和散射
   6.1 光與介質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論
   6.2 光的吸收
     6.2.1 光吸收定律
     6.2.2 吸收光譜
   6.3 光的色散
     6.3.1 色散率
     6.3.2 正常色散與反常色散
   6.4 光的散射
     6.4.1 光的散射現(xiàn)象
     6.4.2 瑞利散射
     6.4.3 米氏散射
     6.4.4 分子散射
     6.4.5 喇曼散射
   例題
   習(xí)題
第7章 幾何光學(xué)基礎(chǔ)
   7.1 幾何光學(xué)的基本定律
     7.1.1 波面、光線和光束
     7.1.2 基本定律
     7.1.3 光學(xué)系統(tǒng)及物像的基本概念
     7.1.4 單個界面成完善像
   7.2 單個折射球面的光路計算
     7.2.1 符號法則
     7.2.2 單個折射球面的光路計算公式
     7.2.3 單個折射球面近軸區(qū)光路計算公式
   7.3 單個折射球面的近軸區(qū)成像
     7.3.1 物像公式
     7.3.2 焦距及光焦度
     7.3.3 高斯公式和牛頓公式
     7.3.4 放大率
     7.3.5 拉亥不變量
   7.4 球面反射鏡成像
     7.4.1 焦點和焦距
     7.4.2 物像公式
     7.4.3 放大率
   7.5 共軸球面光學(xué)系統(tǒng)
     7.5.1 轉(zhuǎn)面公式
     7.5.2 拉亥公式
     7.5.3 放大率公式
   7.6 薄透鏡成像
     7.6.1 透鏡的分類
     7.6.2 薄透鏡成像
     7.6.3 薄透鏡物像的幾個特殊位置關(guān)系
   7.7 平面的折射成像
     7.7.1 平面折射光路計算公式
     7.7.2 折射平面近軸區(qū)成像
     7.7.3 折射平行平板的光路計算
     7.7.4 折射平行平板的成像
   7.8 平面鏡和棱鏡系統(tǒng)
     7.8.1 平面鏡成像
     7.8.2 雙平面鏡系統(tǒng)成像
     7.8.3 反射棱鏡
     7.8.4 反射棱鏡的成像
     7.8.5 折射棱鏡
   例題
   習(xí)題
第8章 理想光學(xué)系統(tǒng)
   8.1 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點和基面
     8.1.1 理想光學(xué)系統(tǒng)的基本特性
     8.1.2 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點和基面
     8.1.3 基本幾何光學(xué)元件的基點和基面
   8.2 理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系
     8.2.1 圖解法求像
     8.2.2 理想光學(xué)系統(tǒng)成像公式
     8.2.3 放大率
     8.2.4 理想光學(xué)系統(tǒng)的基點位置關(guān)系
     8.2.5 光學(xué)系統(tǒng)基點的測量
   8.3 理想光學(xué)系統(tǒng)的組合
     8.3.1 雙光組組合
     8.3.2 正切法
     8.3.3 截距法
     8.3.4 無焦系統(tǒng)
   8.4 厚透鏡及其基點與基面
     8.4.1 厚透鏡基點一般公式
     8.4.2 厚透鏡基點
   8.5 矩陣在近軸光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用
     8.5.1 光線矢量的線性變換矩陣
     8.5.2 基本光學(xué)元件的特征傳遞矩陣
     8.5.3 光學(xué)系統(tǒng)的傳遞矩陣計算
     8.5.4 光學(xué)系統(tǒng)的共軛面間的傳遞矩陣
     8.5.5 高斯矩陣與光學(xué)系統(tǒng)主平面和焦點的位置關(guān)系
   8.6 ABCD法則及其在激光束傳輸中的應(yīng)用
     8.6.1 ABCD法則——光波面曲率半徑在傳播介質(zhì)中的變化規(guī)律
     8.6.2 ABCD法則用于基模高斯光束的傳播
     8.6.3 基模高斯光束經(jīng)過薄透鏡的變換
     8.6.4 基模高斯光束經(jīng)過無焦系統(tǒng)的變換
   例題
   習(xí)題
第9章 光學(xué)系統(tǒng)像差基礎(chǔ)和光路計算
   9.1 光學(xué)系統(tǒng)中的光闌
     9.1.1 光闌及其分類
     9.1.2 孔徑光闌和入/出瞳
     9.1.3 視場光闌和入/出窗
   9.2 光學(xué)系統(tǒng)光闌對成像的影響
     9.2.1 漸暈
     9.2.2 景深和焦深
     9.2.3 幾個特殊光學(xué)系統(tǒng)的光闌的作用
   9.3 像差基本概念
     9.3.1 像差的描述和分類
     9.3.2 球差
     9.3.3 彗差
     9.3.4 像散
     9.3.5 場曲
     9.3.6 畸變
     9.3.7 位置色差（軸向色差）
     9.3.8 倍率色差（垂軸色差）
   9.4 光學(xué)系統(tǒng)中一般光路計算
     9.4.1 光學(xué)系統(tǒng)計算光路的分類
     9.4.2 光學(xué)系統(tǒng)近軸光線的光路計算
     9.4.3 光學(xué)系統(tǒng)子午面內(nèi)光線的光路計算
     9.4.4 沿軸外物點主光線細(xì)光束的光路計算
   9.5 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計軟件——ZEMAX簡介
     9.5.1 ZEMAX基本概況
     9.5.2 ZEMAX設(shè)計環(huán)境
     9.5.3 光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)定
     9.5.4 光學(xué)系統(tǒng)成像的分析
     9.5.5 光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
   例題
   習(xí)題
第10章 光學(xué)儀器的基本原理
   10.1 光輻射基本概念和規(guī)律
     10.1.1 光輻射基本物理量
     10.1.2 光源直接照射表面時的光照度（距離平方反比定律）
     10.1.3 光亮度的傳遞規(guī)律
   10.2 眼睛
     10.2.1 眼睛的結(jié)構(gòu)
     10.2.2 眼睛的調(diào)節(jié)和適應(yīng)
     10.2.3 眼睛的缺陷與校正
     10.2.4 眼睛的分辨率
   10.3 放大鏡
     10.3.1 視角放大率
     10.3.2 放大鏡的視角放大率
     10.3.3 放大鏡的光束限制
   10.4 顯微鏡
     10.4.1 顯微鏡的結(jié)構(gòu)及其成像
     10.4.2 顯微鏡的分辨率
     10.4.3 視角放大率
     10.4.4 顯微鏡的聚光本領(lǐng)
     10.4.5 顯微鏡的光束限制
   10.5 望遠(yuǎn)鏡
     10.5.1 望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)
     10.5.2 望遠(yuǎn)鏡的分辨率
     10.5.3 放大本領(lǐng)
     10.5.4 聚光本領(lǐng)
   10.6 物鏡和目鏡
     10.6.1 顯微鏡的物鏡
     10.6.2 望遠(yuǎn)鏡的物鏡
     10.6.3 目鏡
   10.7 望遠(yuǎn)系統(tǒng)外形尺寸設(shè)計舉例
   例題
   習(xí)題
習(xí)題參考答案
主要參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：

編輯推薦

我們生活在一個充滿著光明的世界里，光是我們最熟悉的現(xiàn)象之一。沒有光，就沒有光合作用，就沒有生命，也就沒有人類。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對光學(xué)的研究不斷深入，并使其造福于人類。為此，加強《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)》這門課程的學(xué)習(xí)顯得很有意義。    《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)(普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材)》(作者石順祥、王學(xué)恩、劉勁松)分10章討論了光在各向同性介質(zhì)、各向異性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，光的干涉、衍射、偏振特性，介紹了光電子技術(shù)應(yīng)用中非常重要的感應(yīng)雙折射和光傳播特性的控制，光的吸收、色散和散射現(xiàn)象，應(yīng)用光學(xué)的基礎(chǔ)知識和光在光學(xué)儀器中的傳播及成像特性等。

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