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绪论1

第1章　光在各向同性介质中的传播规律3

1.1　麦克斯韦方程组4

1.1.1　积分形式的麦克斯韦方程组4

1.1.2　微分形式的麦克斯韦方程组6

1.1.3 电磁场常用公式7

1.2 电磁场的波动方程8

1.2.1 波动方程8

1.2.2 电磁波9

1.3 平面电磁波11

1.3.1　平面电磁波的解11

1.3.2　平面电磁波的表示方法12

1.3.3　平面电磁波的性质13

1.3.4　平面波电磁波的叠加14

1.4　球面波与柱面波17

1.4.1 球面波17

1.4.2　柱面波19

1.5 光驻波21

1.5.1　波节与波腹21

1.5.2　驻波实验22

1.6　复色光波24

1.6.1 光学拍24

1.6.2　相速度与群速度26

1.6.3 多个不同频率光波的叠加27

1.7　电磁场的边值关系28

1.7.1　磁感应强度与电感应强度所满足的边值关系28

1.7.2 电场强度与磁场强度所满足的边值关系29

1.8　光在介质表面的反射与折射31

1.8.1　入、反、折三波的频率与波矢关系31

1.8.2　反射波与折射波的方向32

1.9　菲涅耳公式32

1.9.1 S波的反射系数与透射系数33

1.9.2　P波的反射系数与透射系数34

1.9.3　菲涅耳公式的讨论35

1.9.4　斯托克斯倒逆关系37

1.9.5　反射率与透过率38

1.10　全反射41

1.10.1　反射系数变化41

1.10.2　位相变化41

1.10.3　倏逝波43

1.11 光在金属表面的透射与反射44

1.11.1　金属内的透射波44

1.11.2　金属表面的反射46

小结148

应用实例149

习题151

第2章　光在各向异性介质中的传播规律54

2.1　各向异性晶体概述55

2.1.1 各向异性晶体的基本性质55

2.1.2　寻常光与非常光56

2.1.3 晶体的光轴56

2.1.4　主平面、主截面与入射面56

2.1.5　介电张量与折射率张量57

2.1.6　张量的变换57

2.2　光在晶体中传播的基本规律59

2.2.1 晶体中单色平面波的各矢量关系59

2.2.2 晶体中光波的相速度与光线速度60

2.2.3　晶体中E与D的关系61

2.3 晶体的菲涅耳方程62

2.3.1　波矢菲涅耳方程62

2.3.2　光线菲涅耳方程64

2.4　折射率椭球方程65

2.4.1　折射率椭球65

2.4.2　单轴晶体的折射率椭球66

2.4.3　双轴晶体的折射率椭球68

2.5　光在单轴晶体中的传播规律71

2.5.1 波矢菲涅耳方程的解72

2.5.2　o光和e光的振动方向73

2.5.3　e光的离散角74

2.6　波矢折射率曲面与光线折射率曲面75

2.6.1　波矢折射率曲面方程75

2.6.2　光线折射率曲面方程78

2.6.3　激光倍频80

2.7　波矢曲面方程与光线曲面方程82

2.7.1　波矢面方程82

2.7.2　光线面方程85

2.8　波矢速度面与光线速度面88

2.8.1　波矢速度面方程88

2.8.2　光线速度面方程90

2.9　光在晶体表面的反射与折射93

2.9.1　双反射与双折射93

2.9.2　斯涅耳作图法94

2.9.3　惠更斯作图法96

2.10　双轴晶体产生的锥形折射99

2.10.1　内锥形折射100

2.10.2　外锥形折射101

小结2103

应用实例2103

习题2105

第3章　介质对光的吸收、色散与散射109

3.1　光与物质相互作用的经典理论110

3.1.1 电磁理论110

3.1.2　色散与吸收曲线112

3.2　介质对光的吸收113

3.2.1 吸收定律114

3.2.2 吸收光谱115

3.3　介质对光的色散117

3.3.1 正常色散与反常色散117

3.3.2　光在色散介质中的传播120

3.3.3 色散率120

3.4　介质对光的散射121

3.4.1 光的散射及其形成原因121

3.4.2　散射的种类122

小结3127

应用实例3127

习题3128

第4章　光的干涉理论与应用130

4.1 产生干涉的条件131

4.1.1　干涉的基本条件131

4.1.2　实现干涉的基本方法132

4.1.3　干涉场强度分布132

4.2　杨氏双缝干涉134

4.2.1　杨氏双缝干涉的原理134

4.2.2　杨氏双缝干涉的强度分布134

4.2.3　其他分波前干涉136

4.3　等倾干涉139

4.3.1　等倾干涉的原理139

4.3.2　等倾干涉图样140

4.4　等厚干涉142

4.4.1　等厚干涉的原理143

4.4.2　等厚干涉图样143

4.5　影响干涉条纹对比度的因素146

4.5.1 光源大小的影响146

4.5.2　光源非单色性的影响149

4.5.3　两相干光波振幅比的影响151

4.6　双光束干涉仪151

4.6.1　平面干涉仪151

4.6.2　球面干涉仪154

4.6.3　迈克尔逊干涉仪155

4.6.4　泰曼干涉仪158

4.6.5　马赫-泽德干涉仪159

4.7　多光束干涉161

4.7.1 多光束干涉的强度分布162

4.7.2　多光束干涉图样的特点163

4.7.3　透射光的特点164

4.8　法布里-珀罗干涉仪166

4.8.1　法布里-珀罗干涉仪的结构与原理166

4.8.2　法布里-珀罗干涉仪的应用168

4.9　单层光学薄膜172

4.9.1　单层膜的反射率172

4.9.2 单层膜的种类174

4.10　多层介质膜176

4.10.1　等效折射率177

4.10.2　多层介质膜的反射率177

4.10.3　常用多层介质膜180

4.10.4　多层介质膜应用182

小结4183

应用实例4184

习题4187

第5章　光的衍射理论与应用191

5.1　惠更斯-菲涅耳原理192

5.1.1　惠更斯原理192

5.1.2　惠更斯-菲涅耳原理概述193

5.1.3　菲涅耳波带法194

5.2　基尔霍夫衍射理论196

5.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理196

5.2.2　菲涅耳-基尔霍夫衍射公式198

5.2.3　基尔霍夫衍射公式的近似199

5.3　夫琅禾费衍射203

5.3.1　夫琅禾费衍射装置203

5.3.2　透镜的位相变换作用204

5.4 处理衍射用傅里叶变换与有关函数206

5.4.1　傅里叶变换简介206

5.4.2　常用函数的傅里叶变换对207

5.4.3　傅里叶变换定理207

5.4.4　卷积及其性质208

5.4.5 δ函数及其性质209

5.5 照明函数和孔径函数的具体表达形式210

5.5.1 照明函数的具体表达形式210

5.5.2　常用函数的定义及其傅里叶变换频谱212

5.5.3　孔径函数的具体表示216

5.6　利用傅里叶变换处理夫琅禾费衍射217

5.6.1 单缝衍射217

5.6.2　双缝衍射220

5.6.3　矩形孔衍射222

5.6.4 圆孔衍射223

5.6.5 圆盘衍射224

5.7　衍射光栅225

5.7.1 光栅衍射225

5.7.2　光栅的分光本领231

5.8 闪耀光栅233

5.8.1 闪耀光栅的结构233

5.8.2 闪耀光栅的分光原理234

小结5236

应用实例5236

习题5238

第6章　光的偏振理论与应用242

6.1　偏振光概述243

6.1.1 自然光与偏振光243

6.1.2　获得偏振光的方法244

6.1.3 偏振度247

6.1.4　马吕斯定律与消光比248

6.2 正交偏振光的叠加249

6.2.1　椭圆偏振光249

6.2.2　偏振椭圆分析250

6.3　偏振光学元件252

6.3.1 偏振棱镜252

6.3.2 波片255

6.3.3　补偿器256

6.3.4　偏振光检验257

6.4　偏振光与偏振光学元件的矩阵表示259

6.4.1　偏振光的矩阵表示259

6.4.2　偏振器件的矩阵表示262

6.4.3　琼斯矩阵的应用266

6.5　偏振光的干涉268

6.5.1　平行偏振光的干涉268

6.5.2　会聚偏振光的干涉272

6.6　物质的旋光效应274

6.6.1 物质的旋光效应概述274

6.6.2 物质旋光效应的解释276

6.6.3 科纽棱镜277

6.7　磁光效应278

6.7.1　法拉第效应278

6.7.2　磁致旋光效应的解释279

6.7.3　法拉第效应应用举例279

6.8 电光效应280

6.8.1 电致折射率变化280

6.8.2　KDP晶体的电光效应281

6.8.3　LiNbO3晶体的电光效应283

6.8.4　纵向电光效应和横向电光效应286

6.8.5 电光效应应用288

小结6289

应用实例6289

习题6291

术语英-汉索引294

习题参考答案304

参考文献310