光學（第五版）

第1章 光學簡史 1
1.1 開場白 1
1.2 初始時期 1
1.3 十七世紀以來 3
1.4 十九世紀 5
1.5 二十世紀的光學 8
第2章 波動 12
2.1 一維波 12
2.1.1 微分波動方程 15
2.2 諧波 18
2.2.1 空間頻率 22
2.3 相位和相速度 22
2.4 疊加原理 25
2.5 復數表示 27
2.6 相矢量和波的相加 29
2.7 平面波 31
2.8 三維波動微分方程 36
2.9 球面波 37
2.10 柱面波 40
2.11 盤旋的光 41
習題 42
第3章 電磁理論、光子和光 48
3.1 電磁理論的基本定律 49
3.1.1 法拉第感應定律 49
3.1.2 電場的高斯定律 51
3.1.3 磁場的高斯定律 53
3.1.4 安培環路定律 54
3.1.5 麥克斯韋方程組 56
3.2 電磁波 59
3.2.1 橫波 61
3.3 能量和動量 63
3.3.1 坡印廷矢量 63
3.3.2 輻照度 67
3.3.3 光子 69
3.3.4 輻射壓強和動量 76
3.4 輻射 79
3.4.1 直線加速運動的電荷 79
3.4.2 同步加速器輻射 81
3.4.3 電偶極輻射 83
3.4.4 原子發的光 85
3.5 大塊物質中的光 87
3.5.1 色散 90
3.6 電磁波-光子譜 97
3.6.1 射頻波 97
3.6.2 微波 98
3.6.3 紅外線 99
3.6.4 可見光 101
3.6.5 紫外線 102
3.6.6 X射線 103
3.6.7 ? 射線 104
3.7 量子場論 104
習題 106
第4章 光的傳播 111
4.1 引言 111
4.2 瑞利散射 111
4.2.1 散射和乾涉 113
4.2.2 光透射穿過稠密介質 115
4.2.3 透射和折射率 117
4.3 反射 120
4.3.1 反射定律 121
4.4 折射 124
4.4.1 折射定律 125
4.4.2 惠更斯原理 132
4.4.3 光線和法線線匯 133
4.5 費馬原理 134
4.6 電磁學研究方法 140
4.6.1 界面上的波 140
4.6.2 菲涅耳方程 142
4.6.3 菲涅耳方程的解釋 146
4.7 全內反射 155
4.7.1 隱失波 157
4.8 金屬的光學性質 162
4.9 光和物質相互作用的一些熟知的方面 166
4.10 斯托克斯對反射和折射的處理 171
4.11 光子、波和概率 173
4.11.1 量子電動力學（QED） 174
4.11.2 光子與反射定律和折射定律 176
習題 177
第5章 幾何光學 187
5.1 引言 187
5.2 透鏡 188
5.2.1 非球面 188
5.2.2 球面上的折射 191
5.2.3 薄透鏡 194
5.3 光闌 216
5.3.1 孔徑光闌和視場光闌 216
5.3.2 入射光瞳和出射光瞳 217
5.3.3 相對孔徑和f數 221
5.4 反射鏡 222
5.4.1 平面鏡 222
5.4.2 非球面鏡 226
5.4.3 球面鏡 228
5.5 棱鏡 235
5.5.1 色散棱鏡 236
5.5.2 反射棱鏡 238
5.6 光纖光學 242
5.6.1 光纖通信技術 246
5.7 光學系統 255
5.7.1 眼 255
5.7.2 眼鏡 259
5.7.3 放大鏡 265
5.7.4 目鏡 267
5.7.5 復顯微鏡 269
5.7.6 照相機 272
5.7.7 望遠鏡 275
5.8 波陣面整形 284
5.8.1 自適應光學 285
5.8.2 相位共軛 288
5.9 引力透鏡效應 290
習題 291
第6章 幾何光學的進一步討論 303
6.1 厚透鏡和透鏡組 303
6.2 解析法光線追跡 308
6.2.1 矩陣方法 310
6.3 像差 321
6.3.1 單色像差 321
6.3.2 色像差 338
6.4 GRIN（梯度折射率）系統 344
6.5 結束語 347
習題 348
第7章 波的疊加 352
7.1 同頻率波的相加 352
7.1.1 代數方法 353
7.1.2 復數方法 357
7.1.3 相矢量相加 358
7.1.4 駐波 360
7.2 不同頻率波的相加 365
7.2.1 拍 365
7.2.2 群速度 368
7.3 非簡諧周期波 374
7.3.1 傅里葉級數 374
7.4 非周期波 384
7.4.1 傅里葉積分 387
7.4.2 脈沖和波包 389
7.4.3 相乾長度 392
7.4.4 分立傅里葉變換 395
習題 402
第8章 偏振 409
8.1 偏振光的性質 409
8.1.1 線偏振 409
8.1.2 圓偏振 412
8.1.3 橢圓偏振 414
8.1.4 自然光 417
8.1.5 角動量和光子圖像 417
8.2 偏振器 418
8.2.1 馬呂斯定律 419
8.3 二向色性 421
8.3.1 線柵起偏器 421
8.3.2 二向色性晶體 421
8.3.3 偏振片 422
8.4 雙折射 425
8.4.1 方解石 426
8.4.2 雙折射晶體 431
8.4.3 雙折射偏振器 434
8.5 散射和偏振 436
8.5.1 散射引起的偏振 436
8.6 反射引起偏振 438
8.6.1 菲涅耳方程的一個應用 440
8.7 推遲器 442
8.7.1 波片和斜方體 443
8.7.2 補償器和可變推遲器 449
8.8 圓偏振器 450
8.9 多色光的偏振 451
8.9.1 多色波的帶寬和相乾時間 451
8.9.2 乾涉色 452
8.10 旋光性 453
8.10.1 一個有用的模型 456
8.10.2 旋光性的生物物質 458
8.11 感生光學效應——光調制器 458
8.11.1 光測彈性學 458
8.11.2 法拉第效應 460
8.11.3 克爾效應和泡克耳斯效應 461
8.12 液晶 464
8.13 偏振的數學描述 467
8.13.1 斯托克斯參量 468
8.13.2 瓊斯矢量 470
8.13.3 瓊斯矩陣和密勒矩陣 471
習題 474
第9章 乾涉 482
9.1 一般考慮 483
9.1.1 近場/遠場 487
9.2 發生乾涉的條件 488
9.2.1 時間相乾和空間相乾 488
9.2.2 菲涅耳-阿拉果定律 490
9.3 分波陣面乾涉儀 491
9.3.1 楊氏實驗 491
9.4 分振幅乾涉儀 504
9.4.1 介電膜——雙束乾涉 504
9.4.2 裝有反射鏡的乾涉儀 515
9.5 乾涉條紋的類型和位置 523
9.6 多光束乾涉 524
9.6.1 法布里-珀羅乾涉儀 529
9.7 單層膜和多層膜的應用 534
9.7.1 數學處理方法 535
9.7.2 抗反射敷層（增透膜） 537
9.7.3 多層周期系統 539
9.8 乾涉量度學的應用 540
9.8.1 散射光乾涉 541
9.8.2 特外曼-格林乾涉儀 543
9.8.3 轉動薩尼亞克乾涉儀 543
9.8.4 雷達乾涉測量術 545
習題 547
第10章 衍射 553
10.1 引言 553
10.1.1 不透明障礙物 556
10.1.2 夫琅禾費衍射和菲涅耳衍射 557
10.1.3 幾個相乾振子 559
10.2 夫琅禾費衍射 562
10.2.1 單縫 562
10.2.2 雙縫 571
10.2.3 多縫衍射 575
10.2.4 矩形孔 583
10.2.5 圓孔 588
10.2.6 成像系統的分辨率 593
10.2.7 零階貝塞爾光束 596
10.2.8 衍射光柵 597
10.3 菲涅耳衍射 607
10.3.1 球面波的自由傳播 607
10.3.2 振動曲線 612
10.3.3 圓孔 613
10.3.4 圓形障礙物 619
10.3.5 菲涅耳波帶片 621
10.3.6 菲涅耳積分和矩形孔 624
10.3.7 考紐螺線 628
10.3.8 單狹縫的菲涅耳衍射 631
10.3.9 半無窮不透明屏 634
10.3.10 狹長障礙物的衍射 635
10.3.11 巴俾涅原理 637
10.4 基爾霍夫標量衍射理論 639
10.5 邊界衍射波 642
習題 643
第11章 傅里葉光學 650
11.1 引言 650
11.2 傅里葉變換 650
11.2.1 一維變換 650
11.2.2 二維變換 654
11.2.3 狄拉克 函數 657
11.3 光學應用 663
11.3.1 二維像 663
11.3.2 線性系統 668
11.3.3 捲積積分 671
11.3.4 衍射理論中的傅里葉方法 682
11.3.5 頻譜和相關 687
11.3.6 傳遞函數 697
習題 703
第12章 相乾性理論初步 709
12.1 引言 709
12.2 條紋和相乾性 711
12.2.1 衍射和消失的條紋 715
12.3 可見度 716
12.4 互相乾函數和相乾度 723
12.4.1 時間相乾性和空間相乾性 725
12.5 相乾性和測星乾涉測量術 728
12.5.1 邁克耳孫測星乾涉儀 728
12.5.2 關聯乾涉測量術 730
習題 734
第13章 現代光學：激光器和其他課題 738
13.1 激光器和激光 738
13.1.1 輻射能與物質的平衡 738
13.1.2 受激發射 743
13.1.3 激光器 747
13.1.4 神奇的光 764
13.2 成像——光學信息的空間分佈 769
13.2.1 空間頻率 769
13.2.2 阿貝成像理論 772
13.2.3 空間濾波 773
13.2.4 相襯法 779
13.2.5 暗場法和紋影法 783
13.3 全息術 785
13.3.1 各種方法 785
13.3.2 進展和應用 795
13.4 非線性光學 800
13.4.1 光學整流 801
13.4.2 二次諧波產生 802
13.4.3 混頻 804
13.4.4 光的自聚焦 805
習題 805
附錄A 電磁學理論 811
附錄B 基爾霍夫衍射理論 815
部分習題的解答 817