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第1章 光的电磁理论1

1.1 麦克斯韦电磁场理论与电磁光波1

1.1.1 麦克斯韦方程组2

1.1.2 物质方程3

1.1.3 电磁场波动性4

1.1.4 电磁波谱和折射率5

1.1.5 光的色散6

1.1.6 边值关系8

1.2 典型光波10

1.2.1 平面光波11

1.2.2 球面光波16

1.2.3 柱面光波19

1.2.4 高斯光波20

1.3 平面光波的性质及相关知识22

1.3.1 简谐平面电磁波的性质22

1.3.2 坡印亭矢量和坡印亭定律25

1.3.3 光强I26

1.3.4 辐照度L27

1.4 折射和反射定律、菲涅耳公式28

1.4.1 折射和反射定律28

1.4.2 菲涅耳公式30

1.4.3 根据菲涅耳公式讨论反射波和透射波的性质32

1.5 全反射36

1.5.1 临界角θc之下36

1.5.2 临界角θc之上37

1.6 金属中的光波和金属表面的折反射43

1.6.1 良导体的条件、电导率σ不等于零时的波动方程43

1.6.2 金属中的简谐平面光波44

1.6.3 电磁波在金属表面的折、反射46

1.7 光的吸收和散射51

1.7.1 光的吸收51

1.7.2 光的散射54

名人简介：麦克斯韦60

名人简介：菲涅耳61

例题61

思考题与习题66

第2章 光波在各向异性光学媒质中的传播70

2.1 晶体媒质的双折射和各向异性70

2.1.1 双折射70

2.1.2 光是横波的证明71

2.1.3 媒质的各向异性72

2.1.4 张量的基础知识73

2.1.5 晶体的介电张量74

2.2 理想单色平面光波在晶体中传播的解析法描述76

2.2.1 单色线偏振平面光波的振动方向76

2.2.2 波法线菲涅耳方程78

2.2.3 单轴晶体的双折射的再讨论81

2.2.4 单轴晶体中寻常光和非常光的振动方向81

2.2.5 双轴晶体的双折射的讨论83

2.2.6 光线菲涅耳方程84

2.3 光在晶体中传播的几何方法描述87

2.3.1 折射率椭球（光率体）87

2.3.2 折射率曲面和波矢曲面93

2.3.3 菲涅耳椭球95

2.3.4 射线曲面96

2.4 平面光波在晶体界面上的反射和折射97

2.4.1 反射和折射定律97

2.4.2 光在晶体界面上反射和折射方向的几何作图法描述98

2.5 感生双折射104

2.5.1 应力双折射——光弹性效应105

2.5.2 电致双折射——电光效应105

2.5.3 磁光效应108

例题109

思考题与习题110

第3章 光波的叠加和分析112

3.1 波的独立传播和叠加原理112

3.1.1 标量波和矢量波112

3.1.2 波的独立传播原理113

3.1.3 光波的叠加原理和线性媒质113

3.2 两束同频振动方向平行的标量波的叠加114

3.2.1 同向传播的平面光波的叠加114

3.2.2 同向传播的平面光波的叠加——驻波及其实验115

3.2.3 任意方向传播的平面光波的叠加118

3.3 两束同频振动方向垂直的标量波的叠加119

3.3.1 椭圆偏振光的产生119

3.3.2 偏振态的表示法122

3.4 偏振光的产生和检测、偏振元器件及其琼斯矩阵124

3.4.1 线偏振光的产生124

3.4.2 线偏振光的检验130

3.4.3 椭圆（圆）偏振光的产生131

3.4.4 椭圆（圆）偏振光的检验134

3.4.5 偏振器件的琼斯矩阵表示138

3.5 不同频率的两个平面单色波的叠加141

3.5.1 拍频现象141

3.5.2 拍频现象的应用142

3.5.3 群速度144

3.6 光波的分析146

3.6.1 周期性光波的分析146

3.6.2 波群的分析147

3.6.3 光波的傅里叶分析148

3.7 旋光-线偏振光的分解149

3.7.1 自然旋光149

3.7.2 人工旋光154

名人简介：李普曼155

名人简介：阿喇果156

例题157

思考题与习题162

第4章 光的干涉165

4.1 两束单色光的干涉165

4.1.1 概述165

4.1.2 两束平面光波的干涉168

4.1.3 两束球面光波的干涉173

4.2 杨氏分波面干涉177

4.2.1 杨氏干涉178

4.2.2 杨氏干涉的改良——菲涅耳型干涉181

4.2.3 瑞利干涉仪183

4.3 分振幅双光束干涉184

4.3.1 定域性185

4.3.2 平行平板产生的干涉——等倾干涉及其应用186

4.3.3 楔形平板产生的干涉——等厚干涉及其应用190

4.3.4 双臂式分振幅干涉装置194

4.4 多光束干涉198

4.4.1 平行平板产生的多光束干涉198

4.4.2 法布里-珀罗干涉仪及其应用202

4.5 光学薄膜干涉208

4.5.1 单层膜的分光特性208

4.5.2 多层膜分光特性的递推法计算212

4.6 光波的相干性214

4.6.1 时间相干性214

4.6.2 空间相干性216

4.6.3 迈克尔逊天体干涉仪220

4.7 偏振光的干涉222

4.7.1 平行偏振光的干涉222

4.7.2 会聚光的偏光干涉226

名人简介：托马斯·杨230

名人简介：迈克尔逊231

名人简介：法布里232

例题232

思考题与习题238

第5章 光的衍射242

5.1 光衍射基本理论242

5.1.1 惠更斯-菲涅耳原理244

5.1.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式246

5.1.3 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式近似248

5.2 菲涅耳衍射252

5.2.1 菲涅耳半波带法252

5.2.2 菲涅耳波带板258

5.2.3 菲涅耳积分法260

5.2.4 菲涅耳衍射与分数傅里叶变换263

5.3 夫琅和费衍射265

5.3.1 衍射的观察265

5.3.2 夫琅和费衍射的傅里叶变换处理266

5.3.3 单缝的夫琅和费衍射267

5.3.4 直边的夫琅和费衍射270

5.3.5 矩孔的夫琅和费衍射271

5.3.6 矩孔二值位相物体的衍射272

5.3.7 圆孔的夫琅和费衍射273

4.3.8 夫琅和费衍射中的Babinet互补规律280

5.3.9 随机颗粒的夫琅和费衍射280

5.3.10 衍射图形与光波所受的限制之间的关系281

5.4 多缝夫琅和费衍射及衍射光栅282

5.4.1 双缝夫琅和费衍射282

5.4.2 多缝夫琅和费衍射285

5.4.3 衍射光栅291

5.5 几种光栅295

5.6 严格耦合波分析方法305

名人简介：惠更斯311

名人简介：夫琅和费311

例题312

思考题与习题315

第6章 光的量子性319

6.1 早期光量子现象及其解释319

6.1.1 黑体辐射319

6.1.2 光电效应和光压324

6.1.3 康普顿效应328

6.1.4 光的波粒二象性和物质波329

6.2 原子激发与发光的量子处理330

6.2.1 原子的有核结构330

6.2.2 氢原子光谱和经典理论的困难331

6.2.3 玻尔的量子理论及其对相关疑难的解释332

6.2.4 原子的光发射与吸收的半量子半经典理论334

6.2.5 原子光谱线的展宽341

6.3 激光中的量子过程和典型激光器344

6.3.1 激光的基本原理344

6.3.2 激光的特性348

6.3.3 典型激光器349

例题353

思考题与习题355

附录A 常用非初等函数357

A.1 标准形式的一维非初等函数357

A.2 一维非初等函数的一般形式365

A.3 常用二维非初等函数367

附录B 贝塞尔函数372

B.1 n阶第一类贝塞尔（Bessel）函数的定义372

B.2 贝塞尔函数的性质373

附录C 傅里叶变换374

C.1 傅里叶级数以及频谱的概念374

C.2 一维傅里叶变换的定义及其运算举例376

C.3 二维傅里叶变换382

C.4 傅里叶变换的性质384

C.5 傅里叶变换相关理论385

参考文献388