《光學》圍繞光的本性這一內(nèi)在主線，分為光的傳播行為和光與物質的相互作用兩大部分。力求內(nèi)容精選、主線清晰、概念透徹，體系結構完整合理。首先在幾何光學部分用光線近似的方法討論光的傳播與成像理論，并在此后章節(jié)中從不同角度論證幾何光學是波動光學的極限情況。波動光學是傳統(tǒng)物理光學的主要內(nèi)容，也是基礎光學教材的核心，作為本書重點，將以光的電磁波理論為基礎，用波的疊加原理貫穿始終，系統(tǒng)闡述光傳播過程中的干涉、衍射、偏振、雙折射等。根據(jù)具體情況做不同的近似處理，簡潔數(shù)學運算，強調清晰的物理圖像和物理思想；注重光學基本概念的準確描述，對各種干涉、衍射圖樣的物理過程及特征也作較為詳細的解析討論。在衍射中用疊加原理更精細的形式惠更斯菲涅耳原理進行分析和計算，并結合現(xiàn)代光學，將傅里葉變換及頻譜概念融入其中；在偏振問題中，將詳細討論雙折射導致的偏振態(tài)改變、介紹晶體光學基礎及應用。而對光與物質的相互作用部分，以經(jīng)典電磁場理論分析作為基礎，介紹光的量子性質，解決波動理論所遇到的困惑，闡述對光的本性更為深刻的認識。
本書以作者在華東理工大學物理系多年講授光學課程的講稿為基礎，參考和借鑒了大量國內(nèi)外優(yōu)秀的基礎光學教材和相關文獻資料，并結合作者個人教學及研究的體會撰寫而成。
光學是物理學重要的分支學科，光學也是一門應用性極強的基礎學科。光學古老而年輕，經(jīng)典光學的內(nèi)容極為豐富，而現(xiàn)代光學的迅速發(fā)展又為傳統(tǒng)光學的基本原理賦予新的形式和內(nèi)涵，光學的各個部分各自形成了現(xiàn)代的體系，延伸了眾多的子學科及光學新技術。尤其近40年光學理論和技術的飛躍式發(fā)展，使它以嶄新的面貌在物理學和現(xiàn)代科學技術的各個領域特別引人注目。
作為大學基礎物理課程系列中的一門，光學又與其他基礎課程有所不同。一方面，光學課本身所需要的基礎理論及使用的數(shù)學方法往往要在后繼課程中學習（例如電動力學、
本書以作者在華東理工大學物理系多年講授光學課程的講稿為基礎，參考和借鑒了大量國內(nèi)外優(yōu)秀的基礎光學教材和相關文獻資料，并結合作者個人教學及研究的體會撰寫而成。
光學是物理學重要的分支學科，光學也是一門應用性極強的基礎學科。光學古老而年輕，經(jīng)典光學的內(nèi)容極為豐富，而現(xiàn)代光學的迅速發(fā)展又為傳統(tǒng)光學的基本原理賦予新的形式和內(nèi)涵，光學的各個部分各自形成了現(xiàn)代的體系，延伸了眾多的子學科及光學新技術。尤其近40年光學理論和技術的飛躍式發(fā)展，使它以嶄新的面貌在物理學和現(xiàn)代科學技術的各個領域特別引人注目。
作為大學基礎物理課程系列中的一門，光學又與其他基礎課程有所不同。一方面，光學課本身所需要的基礎理論及使用的數(shù)學方法往往要在后繼課程中學習（例如電動力學、原子物理和量子力學、數(shù)學物理方法等），對于已經(jīng)稔熟力學、熱學和電磁學等經(jīng)典物理的學生來說，光學表現(xiàn)得不那么“經(jīng)典”，無論是幾何光學還是波動光學，都要用到不少近似的處理方法；另一方面，光學課程內(nèi)容豐富而復雜，包含了幾何光學、波動光學和量子光學基本知識三大部分，其主要概念“光線”、“光波”、“光量子”反映了光在不同條件下所表現(xiàn)出的不同特性，看起來各自獨立，采用不同的處理方法，但是內(nèi)容卻又相互滲透、相互關聯(lián)，容易使學生感到多而雜、缺乏系統(tǒng)性。
基于上述光學課程的特點，加之各院校不同的專業(yè)背景，目前的許多基礎光學教材均有各自的特色，在內(nèi)容和體系編排上各有側重。編者以為，一本基礎性強、全面系統(tǒng)而又準確簡潔地闡述傳統(tǒng)光學基本原理的教材，對于初學者認識理解光學主要線索、入門光學科學殿堂，是非常需要的，也是最根本的。本書以上述觀點為編寫宗旨，力求遵循基礎光學課程的特點，從光學現(xiàn)象出發(fā)，系統(tǒng)和透徹地講清楚光學基礎知識、基本光學原理及其應用。既不刻意追求純理論體系的完整，盡力避免繁雜的數(shù)學推導，也不回避對一些重要的原理做較為詳細的解析處理。既與前期所授力學、熱學、電磁學以及后繼近代物理等課程的物理思想密切相關，同時也結合光學技術實際，盡可能在基礎理論中聯(lián)系一些現(xiàn)代光學的課題和概念，并綜合兼顧物理類、光電信息類和光學工程類各專業(yè)的學科特色及課程要求。為學生后續(xù)專業(yè)課程的深入學習和研究工作打下堅實的基礎。
全書圍繞光的本性這一內(nèi)在主線，分為光的傳播行為和光與物質的相互作用兩大部分。力求內(nèi)容精選、主線清晰、概念透徹，體系結構完整合理。首先在幾何光學部分用光線近似的方法討論光的傳播與成像理論，并在此后章節(jié)中從不同角度論證幾何光學是波動光學的極限情況。波動光學是傳統(tǒng)物理光學的主要內(nèi)容，也是基礎光學教材的核心，作為本書重點，將以光的電磁波理論為基礎，用波的疊加原理貫穿始終，系統(tǒng)闡述光傳播過程中的干涉、衍射、偏振、雙折射等。根據(jù)具體情況做不同的近似處理，簡潔數(shù)學運算，強調清晰的物理圖像和物理思想；注重光學基本概念的準確描述，對各種干涉、衍射圖樣的物理過程及特征也作較為詳細的解析討論。在衍射中用疊加原理更精細的形式惠更斯菲涅耳原理進行分析和計算，并結合現(xiàn)代光學，將傅里葉變換及頻譜概念融入其中；在偏振問題中，將詳細討論雙折射導致的偏振態(tài)改變、介紹晶體光學基礎及應用。而對光與物質的相互作用部分，以經(jīng)典電磁場理論分析作為基礎，介紹光的量子性質，解決波動理論所遇到的困惑，闡述對光的本性更為深刻的認識。
作者在此要感謝龔尚慶教授、羅有華教授和張先梅教授對本書編寫一直給予的關心和支持，感謝羅鍛斌副教授、林功偉博士、還有研究生畢寒在本書編寫中給予的幫助。
限于作者的學識和水平，書中難免錯誤和疏漏之處，敬請使用本書的讀者不吝指正。
編者2014年3月
緒論 0.1 光是什么——歷史的簡單回顧 0.1.1 光的微粒說 0.1.2 光的波動說 0.1.3 光的波粒二象性 0.1.4 現(xiàn)代光學時期 0.2 光學的研究范疇、特色與現(xiàn)代進展簡述 0.2.1 光學的研究范疇 0.2.2 光學的特色與現(xiàn)代進展簡述第1章 光的傳播 1.1 光源與光譜 1.1.1 光源 1.1.2 光譜 1.2 光的幾何光學傳播規(guī)律 1.2.1 光線傳播的實驗規(guī)律 1.2.2 全反射 1.2.3 棱鏡與色散 1.3 費馬原理 1.3.1 光程 1.3.2 費馬原理 1.4 惠更斯原理 1.4.1 波的幾何描述 1.4.2 惠更斯原理 1.5 光度學基本概念 1.5.1 光的電磁理論基礎 1.5.2 輻射通量和輻照度 1.5.3 視見函數(shù) 1.5.4 光通量和光照度 習題第2章 幾何光學基礎 2.1 成像基本概念 2.1.1 物和像 2.1.2 物方和像方物像之間的共軛性 2.1.3 物像之間的等光程性 2.2 單球面上的傍軸成像 2.2.1 傍軸條件 2.2.2 傍軸（單）球面折射的物像公式 2.2.3 單球面反射 2.2.4 傍軸物點成像的放大率拉格朗日一亥姆霍茲定理 2.3 薄透鏡成像 2.3.1 薄透鏡物像公式 2.3.2 薄透鏡成像作圖法 2.3.3 透鏡組成像 2.4 理想共軸球面系統(tǒng)（理想光具組理論） 2.4.1 理想成像與共線變換 2.4.2 基點和基面 2.4.3 物像關系 2.4.4 共軸球面系統(tǒng)的組合 2.5 幾何光學儀器 2.5.1 眼睛 2.5.2 放大鏡和目鏡 2.5.3 顯微鏡 2.5.4 望遠鏡 2.5.5 投影儀和照相機 2.6 光闌與像差 2.6.1 光闌 2.6.2 像差概述 習題第3章 光的干涉 3.1 波的疊加與干涉 3.1.1 波的疊加原理 3.1.2 干涉現(xiàn)象與相干條件 3.1.3 干涉條紋的可見度 3.1.4 相干光的獲得 3.2 分波前干涉 3.2.1 楊氏實驗 3.2.2 其他分波前裝置 3.2.3 光場的空間相干性和時間相干性 3.3 分振幅干涉——薄膜干涉 3.3.1 等傾干涉 3.3.2 等厚干涉 3.3.3 增透膜與增反膜 3.4 邁克耳遜干涉儀 3.4.1 干涉儀結構和原理 3.4.2 干涉條紋 3.5 多光束干涉和法布里一珀羅干涉儀 3.5.1 分波陣面法獲得的多光束干涉 3.5.2 分振幅法獲得的多光束干涉 3.5.3 法布里—珀羅干涉儀 習題第4章 光的衍射 4.1 衍射的基本原理 4.1.1 光的衍射現(xiàn)象 4.1.2 惠更斯—菲涅耳（Huygens—Fresnel）原理 4.1.3 巴比涅原理 4.1.4 衍射的分類 4.2 菲涅耳圓孔衍射和圓屏衍射 4.2.1 實驗現(xiàn)象 4.2.2 菲涅耳半波帶法 4.2.3 矢量圖解法 4.2.4 菲涅耳波帶片 4.3 夫瑯禾費單縫衍射 4.3.1 實驗裝置和現(xiàn)象 4.3.2 單縫衍射的光強分布 4.3.3 單縫衍射因子的討論 4.4 夫瑯禾費圓孔衍射光學儀器的像分辨本領 4.4.1 夫瑯禾費圓孔衍射 4.4.2 光學成像儀器的分辨本領 4.5 多縫夫瑯禾費衍射 4.5.1 實驗裝置和衍射圖樣 4.5.2 強度分布公式 4.5.3 縫問干涉因子的特點 4.5.4 單縫衍射因子的作用 4.6 衍射光柵 4.6.1 光柵的分光性能 4.6.2 閃耀光柵 4.7 X射線衍射簡介 4.8 全息照相簡介 4.8.1 全息記錄 4.8.2 全息再現(xiàn) 4.8.3 全息照相的特點 4.9 傅里葉光學概述 習題第5章 光的偏振晶體光學基礎 5.1 光的偏振態(tài) 5.1.1 完全偏振光（線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光） 5.1.2 非偏振光——自然光 5.1.3 部分偏振光偏振度 5.2 偏振片的起偏與檢偏 5.2.1 偏振片的作用機制 5.2.2 偏振片對不同偏振態(tài)的光強響應 5.3 光在界面上反射折射時偏振態(tài)的改變 5.3.1 菲涅耳公式 5.3.2 反射光與折射光的振幅比 5.3.3 反射光與折射光的相位變化 5.3.4 反射光與折射光的偏振態(tài) 5.3.5 玻璃片堆和布儒斯特窗 5.4 單軸晶體的雙折射 5.4.1 雙折射現(xiàn)象及基本規(guī)律 5.4.2 單軸晶體中點光源的波面 5.4.3 平面波在單軸晶體中的傳播——惠更斯作圖法 5.5 晶體光學器件 5.5.1 晶體偏振器 5.5.2 相位延遲器——波晶片和補償器 5.6 圓偏振光和橢圓偏振光的獲得與檢驗 5.6.1 光通過波晶片后偏振態(tài)的變化 5.6.2 圓偏振光和橢圓偏振光的獲得 5.6.3 圓偏振光和橢圓偏振光的檢驗 5.6.4 光偏振態(tài)的檢驗 5.7 偏振光干涉 5.7.1 平行偏振光干涉 5.7.2 會聚偏振光的干涉 5.8 人工雙折射及其應用 5.8.1 應力雙折射 5.8.2 克爾效應 5.9 旋光現(xiàn)象 5.9.1 旋光現(xiàn)象與實驗規(guī)律 5.9.2 菲涅耳對旋光現(xiàn)象的解釋 習題第6章 光的吸收、色散和散射 6.1 光的吸收 6.1.1 光的吸收定律 6.1.2 一般吸收與選擇吸收 6.1.3 吸收光譜 6.2 光的色散 6.2.1 色散概念三棱鏡的色散率 6.2.2 正常色散與反常色散 6.2.3 色散的經(jīng)典理論解釋 6.3 光的散射 6.3.1 光的散射現(xiàn)象 6.3.2 瑞利散射 6.3.3 米氏散射與大粒子散射 6.3.4 自然界的散射現(xiàn)象 6.3.5 拉曼散射 習題第7章 光的量子性 7.1 單色輻射出射度和吸收比基爾霍夫定律 7.1.1 熱輻射和發(fā)光 7.1.2 單色輻射出射度和吸收比 7.1.3 基爾霍夫定律 7.2 黑體輻射實驗規(guī)律 7.2.1 絕對黑體 7.2.2 黑體輻射實驗規(guī)律 7.2.3 維恩公式和瑞利—金斯公式 7.3 普朗克能量子假設與普朗克公式 7.4 光電效應光子 7.4.1 光電效應及其實驗規(guī)律 7.4.2 光電效應與波動理論的矛盾 7.4.3 愛因斯坦的光子假設和光電效應方程 7.5 康普頓效應 7.5.1 康普頓效應及實驗規(guī)律 7.5.2 康普頓效應的量子解釋 7.6 光的波粒二象性 7.6.1 光的粒子性 7.6.2 光的波粒二象性德布羅意波 7.6.3 波粒二象性的統(tǒng)計解釋 7.6.4 概率波與概率幅不確定關系 7.6.5 光的本性 習題習題參考答案參考文獻
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