光學

本書為中國科學技術大學交叉學科基礎物理教程之一，是針對非物理專業和對理論物理要求不高的物理專業的大學生學習光學所編寫的教材。內容包括波動光學、幾何光學以及光的量子性導論.全書以光學實驗為基礎，從光的物理模型出發，對光線的傳播、光學成像、光的干涉、光的衍射、光的偏振與雙折射、光與物質的相互作用、光的量子性等問題進行了較全面和深入的闡釋，並介紹了光學的發展及其在各個領域中的應用。

序

前言

緒論

0.1 光學的重要性

0.2 光本性的認知

0.3 光學的發展與應用

第1章 光的幾何描述及幾何光學成像

1.1 光的幾何描述

1.1.1 光的幾何描述及其基本概念

1.1.2 幾何光學的基本定律

1.1.3 全內反射與光纖

1.1.4 稜鏡折射

1.2 費馬原理

1.3 幾何光學成像的基本概念

1.4 單球面折射系統傍軸成像

1.4.1 單球面傍軸折射成像的物像公式

1.4.2 單球面折射系統的焦點

1.4.3 單球面折射成像的放大率

1.5 薄透鏡及其傍軸成像公式

1.5.1 薄透鏡

1.5.2 薄透鏡的成像公式

1.6 球面反射成像

1.7 光線變換矩陣

1.8 像差的基本概念及分類

1.8.1 像差的基本概念

1.8.2 幾何像差的分類

1.9 常用的幾種光學成像儀器簡介

1.9.1 人眼

1.9.2 放大鏡

1.9.3 顯微鏡

1.9.4 望遠鏡

1.9.5 投影機

第2章 光的電磁波描述及疊加

2.1 波的基本概念、特點、數學描述

2.1.1 振動與波動

2.1.2 波函數的實數、複數描述及復振幅

2.1.3 球面波向平面波的轉化

2.1.4 薄透鏡的透過率函數（屏函數）

2.1.5 光的電磁理論基礎

2.2 光波的疊加

2.2.1 光波的線性疊加原理

2.2.2 惠更斯菲涅耳原理

2.3 頻率相同、振動方向相互垂直的兩光波的疊加——光的偏振狀態

2.3.1 光的偏振態

2.3.2 偏振光的產生和檢偏

2.4 光在兩種各向同性絕緣介質界面的反射、折射的電磁行為——菲涅耳公式

2.4.1 各向同性介質界面上振動的分解

2.4.2 菲涅耳公式

2.4.3 反射光、折射光的相位變化與半波損

2.4.4 反射和折射時的偏振現象

2.4.5 全內反射與隱失波

附 斯托克斯定律

2.5 超表面與廣義折射定律

第3章 光的干涉

3.1 光的干涉初步分析

3.1.1 光的干涉現象

3.1.2 兩單色簡諧波疊加及干涉條件分析

3.2 楊氏干涉

3.2.1 相干光的獲得

3.2.2 楊氏雙孔干涉實驗

3.2.3 其他分波前干涉實驗

附楊氏干涉實驗思考

3.3 光場的時空相干性

3.3.1 光源的寬度對干涉條紋可見度的影響——空間相干性

3.3.2 光源的非單色性對干涉條紋可見度的影響——時間相干性

3.3.3 干涉的定域問題

3.4 分振幅干涉

3.4.1 程差關係

3.4.2 等厚干涉（n、i為常量）

3.4.3 等傾干涉（n、h為常量）

3.4.4 邁克耳孫干涉儀

3.5 多光束干涉

3.5.1 平行平面薄膜的多光束干涉

3.5.2 法布里珀羅干涉儀

3.5.3 其他典型的干涉儀

3.5.4 多層介質高反射膜

第4章 光的衍射

4.1 衍射現象及其分析基礎

4.1.1 衍射現象

4.1.2 菲涅耳衍射積分

4.1.3 衍射系統及分類

4.1.4 巴比涅原理

4.2 圓孔和圓屏的菲涅耳衍射

4.2.1 菲涅耳衍射的實驗現象

4.2.2 半波帶法

4.2.3 矢量圖解法（振動矢量合成）

4.2.4 菲涅耳波帶片

4.3 夫琅禾費衍射

4.3.1 實現夫琅禾費衍射的實驗裝置

4.3.2 單縫的夫琅禾費衍射

4.3.3 圓孔的夫琅禾費衍射及光學儀器的分辨本領

4.3.4 光柵的夫琅禾費衍射

4.4 光譜儀

4.4.1 光柵（衍射）光譜儀

4.4.2 閃耀光柵

4.5 光柵效應

4.5.1 光柵的莫爾效應

4.5.2 光柵的泰保效應

4.6 夫琅禾費衍射與傅里葉變換

4.6.1 衍射場的分解與傅里葉變換

4.6.2 夫琅禾費衍射的再討論

4.6.3 傅里葉光學的基本思想

4.7 X射線晶體衍射

4.8 亞光波長結構衍射

第5章 光的雙折射

5.1 晶體中的雙折射現象

5.1.1 晶體簡介

5.1.2 單軸晶體中的雙折射現象

5.1.3 雙折射現象的惠更斯原理描述

5.2 晶體光學器件

5.2.1 晶體偏振器

5.2.2 晶體相移器

5.2.3 瓊斯矩陣

5.3 偏振光的干涉

5.3.1 平行偏振光的干涉

5.3.2 會聚偏振光的干涉

5.4 旋光效應

5.4.1 旋光現象

5.4.2 旋光現象的解釋——菲涅耳假設

5.4.3 磁致旋光（法拉第效應）

5.5 人工雙折射

5.5.1 光彈效應（應力雙折射效應）

5.5.2 電光效應（電致雙折射效應）

5.5.3 磁致雙折射（科頓穆頓效應）

5.5.4 液晶

第6章 光的吸收、色散、散射

6.1 光與物質的相互作用

6.2 光的吸收

6.2.1 線性吸收定律

6.2.2 普遍吸收和選擇吸收

6.2.3 複數折射率

6.2.4 金屬材料對光的吸收

6.2.5 吸收光譜

6.3 光的色散現象

6.3.1 正常色散

6.3.2 反常色散

6.3.3 全部色散曲線

6.3.4 色散現象的觀察

6.3.5 吸收和色散的經典理論

6.4 光的散射現象

6.4.1 瑞利散射

6.4.2 米氏散射

6.4.3 非彈性散射

6.4.4 散射定律及其偏振態

6.5 羣速度與相速度

6.5.1 折射率的測定

6.5.2 相速度和羣速度的概念

6.5.3 相速度和羣速度的關係

第7章 光的量子性

7.1 熱輻射

7.2 絕對黑體和黑體輻射定律

7.3 光電效應

7.4 光的波粒二象性

7.5 量子光學前沿進展

7.5.1 波粒二象性再認識

7.5.2 單光子源

7.5.3 量子通信

第8章 激光基礎

8.1 物體發光機制概述

8.2 自發輻射、受激輻射和受激吸收

8.3 激光的產生條件和特點

8.4 幾種常用的激光器

習題

光學領域重要人物圖錄

參考文獻

王沛，教授，博士生導師 ，現任中國科學技術大學光學與光學工程系副主任，光電子科學與技術安徽省重點實驗室副主任。安徽省光學學會理事會理事、副秘書長、光物理與光化學專業委員會副主任。曾主持國家自然科學基金重點、面上，973子課題，863基金等多項科研項目。近年來已發表論文80多篇，共引用900多次，獲授權發明多項。魯擁華，中國科學技術大學光學與光學工程系副教授。主要從事微納光學、微納結構光學傳感、空間結構光場等方面研究

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