光學

內容提要

本書是《普通物理學教程叢書》中的一種，是作者們在復

旦大學物理系講授光學課程的講義基礎上修改、發展而成。本

書以物理光學為重點，在闡明傳統的經典光學的基本概念的

基礎上，將光學學科的新發展和經典光學的內容結合起來，介

紹了光學中的新觀念、新思想，並注重光學與物理學其他領域

以及高新技術的聯繫。

全書分上、下兩冊。上冊內容有：光的本性、干涉和衍射、

幾何光學；下冊內容有：傅里葉光學、光的吸收和發射、光的色

散和散射、光在晶體中的傳播、非線性光學、光的統計性質。

本書可作為高等院校物理類各專業光學課程的教科書或

教學參考書，也可供其他有關專業作為參考書。

目 錄

（下 冊）

第七章 傅里葉光學和全息照相

7.1光柵衍射和空間頻譜

7.2一些圖形的傅里葉變換

一 點 光 源

二 實函數頻譜的對稱性

三 位 移

四 相 似 性

五 轉 動

六 線性疊加和干涉

七 正弦光柵

7.3空間頻率概念的進一步討論

一 空間頻率和波矢

二 波面分解

三 衰逝 波

7.4卷積和光柵

一 一維光柵

二 二維光柵

三、X光在晶體上的衍射

7.5相干光圖像處理

一 實驗裝置

二 低通濾波

三 倍 頻

四 直流成分

五 方向濾波

六 采 樣

七 位相濾波

7.6振幅傳遞函數

一 線性系統

二 傳遞函數

三 光學系統的振幅傳遞函數

四 阿貝成像理論

五 圖像消模糊

7.7光學傳遞函數

7.8全息照相

一 伽伯的共軸全息照相

二 利思－烏帕特尼克斯離軸全息照相

三 全息圖的特點

四 李普曼天然彩色照相

五 捷尼舒克體全息

思考題和習題

參考讀物

第八章 光的發射和吸收

8.1光的發射

一 發光的經典振子模型

二 加速運動的電荷發射電磁波

三 軔致輻射

四 同步輻射

8.2光的吸收

一 朗伯定律

二 負吸收

8.3黑體輻射

一 熱輻射的基爾霍夫定律

二 絕對黑體和它的輻射規律

三 空腔內的駐波模式和能量密度

四 能量量子化和光子

五 黑體輻射公式

六 宇宙中的3K輻射背景

七 光測高溫學

8.4受激發射

一 愛因斯坦係數

二 布居數反轉

三 激光模式

8.5幾種常見激光器的機理

一 氨分子激射器

二 氦－氖激光器

三 氬離子激光器

四 紅寶石激光器

五 激光使用安全常識

思考題和習題

參考讀物

第九章 光的色散和散射

9.1色 散

一 色散現象

二 三稜鏡的色散

三 三稜鏡的色散率和解析度

9.2色散的經典理論

一 電偶極子的受迫振動

二 氣體的折射率和色散

三 稠密電介質的折射率

四 有多個固有頻率的偶極子系統以及經典物理學的困難

五 折射率和相干散射

9.3光學材料

9.4光在導體中的傳播

一 復介電常數

二 導體中電磁波的傳播和吸收

三 導體中光波的相速度和位相關係

四 金屬的傳導電子模型

五 光在金屬表面上的反射

9.5瑞利散射

一 光的散射

二 瑞利散射的偶極子受迫振動模型

三 瑞利散射光的偏振狀態

四 米氏散射

9.6光在自由電子上的散射

一 日冕和電子對光的散射

二 散射截面

9.7喇曼散射

一 喇曼光譜

二 喇曼散射的經典理論

三 喇曼散射的量子理論簡介

四 受激喇曼散射

思考題和習題

參考讀物

第十章 光在各向異性介質中的傳播

10.1自然光和線偏振光

一 自然光和偏振光

二 線偏振光的獲得和檢驗

三 馬呂定律

四 消光比

五 線偏振光和偏振元件的瓊斯表示法

10.2雙折射

一 雙折射現象

二 雙折射晶體中的波面

三 光波在雙折射晶體中的傳播

四 主截 面

五 雙折射晶體結構的不對稱振子模型、二向色性

10.3偏振光晶體器件

一 尼科耳稜鏡

二 格蘭－湯普森稜鏡和格蘭－傅科稜鏡

三 渥拉斯頓稜鏡

四 波 片

10.4橢圓偏振光

一 橢圓偏振光的數學表示

二 橢圓偏振光的獲得

三 圓偏振光

四 偏振光的完備表示

五 光子角動量

10.5兩偏振片之間放一片晶體發生的光學現象

一 透振方向正交的兩偏振片間放晶體

二 透振方向平行的偏振片間放晶體

三 白光入射

四 應力雙折射

五 會聚光通過晶體的情形

10.6電磁波在各向異性介質中的傳播

一 介電常數張量和電極化率張量

二 光波在各向異性介質中的傳播

三 關於各向異性介質中光傳播速度的菲涅耳公式

四 確定各向異性介質中光速和光振動方向的幾何方法

五 單軸晶體和雙軸晶體中的波面

思考題和習題

參考讀物

第十一章 非線性光學

11.1非線性折射率和自聚焦

一 非線性折射率

二 自聚焦現象

三 自聚焦的理論簡介

11.2光波導中的孤子

11.3光學雙穩態

一 光學雙穩態原理

二 光學雙穩態器件和光計算機

11.4非線性電極化強度

一 非線性振子模型和電極化強度

二 不同頻率的光波同時入射

三 電極化強度張量

11.5旋 光

一 旋光現象

二 旋光的菲涅耳唯象理論

三 旋光和石英晶體的結構

四 自然界中的對稱性

五 旋光的理論解釋

11.6泡克耳斯效應

一 泡克耳斯盒

二 泡克耳斯效應的簡單理論

11.7克爾效應

11.8法拉第磁光效應

一 磁致旋光

二 磁致旋光的經典解釋

三 磁致旋光的應用

11.9光學位相共軛

一 位相共軛波

二 四波混頻和位相共軛

三 受激布里淵散射和位相共軛

四 光學位相共軛的特點和應用

思考題和習題

參考讀物

第十二章 非簡諧波和光的統計性質

12.1不同頻率波的疊加

一 兩列不同頻率波的疊加

二 群速度

三 非簡諧波的頻率譜

四 關於傅里葉分析的討論

12.2波包和測不準關係

一 波 包

二 群速度

三 測不準關係

12.3波的調製

12.4色散關係

一 經典色散關係

二 德布羅意波的色散關係

12.5光譜線展寬

一 光譜線的自然展寬

二 碰撞展寬

三 多普勒展寬

12.6光場輻照度起伏的分佈函數

一 線偏振光的輻照度

二 非偏振光的輻照度

12.7光的相干性

一 相關函數

二 復相干度

12.8時間相干性和光譜線輪廓的測量

一 時間相干性

二 光譜線輪廓

三 相干長度和譜線寬度

四 傅里葉變換光譜儀

12.9空間相干性

一 光源寬度和空間相干性

二 邁克耳孫星體干涉儀

12.10光的強度相關

思考題和習題

參考讀物

附 錄

A傅里葉積分和傅里葉變換

B幾個廣義函數

C張 量

習題答案