物理光學:光學中研究光的屬性和光在媒質中傳播時各種性質的學科。以光是一種 -百科知識中文網

學科特點

在物理光學中，認為光是一種電磁波。在光的電磁場理論基礎上，研究光在介質中的傳播規律，如光的干涉、光的衍射、光的偏振等物理現象，進而研究這些規律和現象的套用。它是一門經典理論與近代技術相結合的套用性很強的課程。

電子工業出版社圖書信息

書名：物理光學

作者：梁銓廷

出版社：電子工業出版社

出版時間：2012-12-1

ISBN：9787121188671

內容介紹

本書以光的電磁理論和傅立葉分析方法為基礎，系統闡述經典與現代物理光學的基本概念、原理，主要現象和重要套用，力求反映本學科的現代面貌。本書內容共7章。第1章，光的電磁理論；第2章，光的疊加與分析；第3章，光的干涉和干涉儀；第4章，多光束干涉與光學薄膜；第5章，光的衍射；第6章，傅立葉光學；第7章，光的偏振與晶體光學基礎。

圖書目錄

緒論

第1章光的電磁理論

1.1光的電磁波性質

1.2平面電磁波

1.2.1波動方程的平面波解

1.2.2平面簡諧波

1.2.3一般坐標系下的波函式

1.2.4複數形式的波函式

1.2.5平面簡諧波的復振幅

1.2.6平面電磁波的性質

1.3球面波和柱面波

1.3.1球面波的波函式

1.3.2球面波的復振幅

1.3.3柱面波的波函式

1.4光源和光的輻射

1.4.1光源

1.4.2光輻射的經典模型

1.4.3輻射能

1.4.4對實際光波的認識

1.5電磁場的邊值關係

1.6光在兩介質分界面上的反射和折射

1.6.1反射定律和折射定律

1.6.2菲涅耳公式

1.6.3菲涅耳公式的討論

1.6.4反射率和透射率

1.6.5反射和折射產生的偏振

1.7全反射

1.7.1反射係數和位相變化

1.7.2隱失波

1.7.3隱失波套用舉例

1.8光波在金屬表面的透射和反射

1.8.1金屬中的透射波

1.8.2金屬表面的反射

1.9光的吸收、色散和散射

1.9.1光的吸收

1.9.2光的色散

1.9.3光的散射

習題

第2章光波的疊加與分析

2.1兩個頻率相同、振動方向相同的單色光波的疊加

2.1.1代數加法

2.1.2複數方法

2.1.3相幅矢量加法

2.2駐波

2.2.1駐波的形成

2.2.2駐波實驗

2.3兩個頻率相同、振動方向互相垂直的光波的疊加

2.3.1橢圓偏振光

2.3.2幾種特殊情況

2.3.3左鏇和右鏇

2.3.4橢圓偏振光的強度

2.3.5利用全反射產生橢圓和圓偏振光

2.4不同頻率的兩個單色光波的疊加

2.4.1光拍

2.4.2群速度和相速度

2.5光波的分析

2.5.1周期性波的分析

2.5.2非周期性波的分析

習題

第3章光的干涉和干涉儀

3.1實際光波的干涉及實現方法

3.1.1相干條件

3.1.2光波分離方法

3.2楊氏干涉實驗

3.2.1干涉圖樣的計算

3.2.2等光程差面與干涉條紋形狀

3.3分波前干涉的其他實驗裝置

3.4條紋的對比度

3.4.1光源大小的影響

3.4.2光源非單色性的影響

3.4.3兩相干光波振幅比的影響

3.5相干性理論

3.5.1互相干函式和復相干度

3.5.2時間相干度

3.5.3空間相干度

3.6平行平板產生的干涉

3.6.1條紋的定域

3.6.2等傾條紋

3.6.3圓形等傾條紋

3.6.4透射光條紋

3.7楔形平板產生的干涉

3.7.1定域面的位置及定域深度

3.7.2楔形平板產生的等厚條紋

3.7.3等厚條紋的套用

3.8用牛頓環測量透鏡的曲率半徑

3.8.1測量原理及精確度

3.8.2檢驗光學零件表面質量

3.9平面干涉儀

3.10邁克耳孫干涉儀

3.11泰曼干涉儀和傅立葉變換光譜儀

3.11.1泰曼干涉儀

3.11.2傅立葉變換光譜儀

3.12馬赫-澤德干涉儀

習題

第4章多光束干涉與光學薄膜

4.1平行平板的多光束干涉

4.1.1干涉場的強度公式

4.1.2多光束干涉圖樣的特點

4.1.3干涉條紋的銳度

4.2法布里-珀羅干涉儀和陸末-蓋爾克板

4.2.1法布里-珀羅干涉儀

4.2.2F.P干涉儀的套用

4.2.3陸末-蓋爾克板

4.3多光束干涉原理在薄膜理論中的套用

4.3.1單層膜

4.3.2雙層膜和多層膜

4.3.3干涉濾光片

4.4薄膜系統光學特性的矩陣計算方法

4.4.1薄膜的特徵矩陣

4.4.2膜系反射率的計算

4.5薄膜波導

4.5.1薄膜波導的傳播模式

4.5.2薄膜波導中的場分布

4.5.3薄膜波導的光耦合

習題

第5章光的衍射

5.1惠更斯-菲涅耳原理

5.2基爾霍夫衍射理論

5.2.1亥姆霍茲-基爾霍夫積分定理

5.2.2菲涅耳-基爾霍夫衍射公式

5.2.3巴俾涅原理

5.3菲涅耳衍射和夫琅禾費衍射

5.3.1兩類衍射現象的特點

5.3.2兩類衍射的近似計算公式

5.4矩孔和單縫的夫琅禾費衍射

5.4.1夫琅禾費衍射裝置

5.4.2夫琅禾費衍射公式的意義

5.4.3矩孔衍射

5.4.4單縫衍射

5.5圓孔的夫琅禾費衍射

5.5.1強度公式

5.5.2衍射圖樣分析

5.6光學成像系統的衍射和分辨本領

5.6.1成像系統的衍射現象

5.6.2在像面觀察的夫琅禾費衍射

5.6.3成像系統的分辨本領

5.6.4稜鏡光譜儀的色分辨本領

5.7雙縫夫琅禾費衍射

5.7.1雙縫衍射強度分布

5.7.2瑞利干涉儀

5.8多縫夫琅禾費衍射

5.8.1強度分布公式

5.8.2多縫衍射圖樣

5.9衍射光柵

5.9.1光柵的分光性能

5.9.2閃耀光柵

5.9.3邁克耳孫階梯光柵

5.9.4凹面光柵

5.9.5正弦(振幅)光柵

5.9.6三維光柵

5.10圓孔和圓屏的菲涅耳衍射

5.10.1菲涅耳衍射

5.10.2菲涅耳波帶法

5.10.3圓孔衍射圖樣

5.10.4圓屏的菲涅耳衍射

5.10.5菲涅耳波帶片

5.11直邊的菲涅耳衍射

5.11.1菲涅耳積分及其圖解

5.11.2半平面屏的菲涅耳衍射

5.11.3單縫菲涅耳衍射

5.11.4矩孔菲涅耳衍射

5.12全息照相

5.12.1什麼是全息照相

5.12.2全息照相原理

5.12.3全息照相的特點和要求

5.12.4全息照相套用舉例習題

第6章傅立葉光學

6.1平面波的復振幅及空間頻率

6.1.1平面波沿傳播方向的復振幅分布

6.1.2平面波在一個平面上的復振幅分布

6.2單色波場中複雜的復振幅分布及其分解

6.2.1單色波場中複雜的復振幅分布

6.2.2透鏡的透射係數

6.2.3複雜復振幅分布的分解

6.3衍射現象的傅立葉分析方法

6.3.1夫琅禾費近似下衍射場與孔徑場的變換關係

6.3.2夫琅禾費衍射的計算實例

6.3.3菲涅耳衍射的傅立葉變換表達式

6.4透鏡的傅立葉變換性質和成像性質

6.4.1傅立葉變換性質

6.4.2透鏡的成像性質

6.5相干成像系統分析及相干傳遞函式

6.5.1成像系統的普遍模型

6.5.2成像系統的線性和空間不變性

6.5.3擴展物體的成像

6.5.4相干傳遞函式(CTF)

6.6非相干成像系統分析及光學傳遞函式

6.6.1非相干系統的成像

6.6.2光學傳遞函式(OTF)

6.6.3OTF與CTF的關係

6.6.4衍射受限系統的OTF

6.6.5有像差系統的傳遞函式

6.7阿貝成像理論和阿貝-波特實驗

6.7.1阿貝成像理論

6.7.2阿貝-波特實驗

6.8相干光學信息處理

6.8.1相干光學處理系統

6.8.2處理舉例

6.9非相干光學信息處理

習題

第7章光的偏振與晶體光學基礎

7.1偏振光和自然光

7.1.1偏振光和自然光的特點

7.1.2從自然光獲得線偏振光的方法

7.1.3馬呂斯定律和消光比

7.2晶體的雙折射

7.3雙折射的電磁理論

7.3.1晶體的各向異性及介電張量

7.3.2單色平面波在晶體中的傳播

7.4晶體光學性質的圖形表示

7.4.1折射率橢球

7.4.2波矢面

7.4.3法線面

7.4.4光線面

7.5光波在晶體表面的反射和折射

7.5.1波法線方向的確定

7.5.2直接得到光線方向的惠更斯作圖法

7.5.3雙反射現象

7.6晶體光學器件

7.6.1偏振稜鏡

7.6.2波片

7.6.3補償器

7.7偏振光和偏振器件的矩陣表示

7.7.1偏振光的矩陣表示

7.7.2正交偏振

7.7.3偏振器件的矩陣表示

7.7.4瓊斯矩陣的本徵矢量

7.8偏振光的干涉

7.8.1偏振光干涉原理

7.8.2會聚偏振光的干涉

7.9鏇光性

7.9.1鏇光測量裝置及鏇光規律

7.9.2鏇光現象的解釋

7.9.3科紐稜鏡

7.9.4磁致鏇光效應

7.10晶體、液體和液晶的電光效應

7.10.1克爾效應

7.10.2泡克耳斯效應

7.10.3液晶的電光效應

7.10.4電光效應的套用

7.11光測彈性效應和玻璃內應力測定

7.11.1光測彈性效應

7.11.2玻璃內應力的測定

7.12晶體的非線性光學效應

7.12.1倍頻效應

7.12.2混頻效應

7.12.3光折變效應

7.12.4位相共軛光波的產生

7.12.5光學雙穩態

習題

附錄A場論的一些主要公式

附錄B傅立葉級數、傅立葉積分和

傅立葉變換

附錄C卷積和相關

附錄Dδ函式

附錄E貝塞爾函式

附錄F矩陣

漢英名詞索引

習題答案

參考文獻

華中科技大學出版社圖書信息

書名：物理光學

作者：竺子民

出版社：華中科技大學出版社

出版時間：2009-7-1

ISBN：9787560954202

開本：16開

定價：33.00元

內容簡介

本書可用做光學工程和光電信息類專業本科生教材，也可供非光學類專業研究生和科研人員參考。

圖書特點

語言簡潔，條理清晰，講解詳細易懂。

圖書目錄

第1章光的電磁理論

1.1 電場與磁場

1.1.1 電荷和電場

1.1.2 電流和磁場

1.2 電磁感應與麥克斯韋方程組

1.2.1 電磁感應定律

1.2.2 位移電流

1.2.3 麥克斯韋方程組

1.3 介質的電磁性質

1.3.1 介質的極化

1.3.2 介質的磁化

1.3.3 介質中的麥克斯韋方程組

1.3.4 時諧電磁場及其複數形式

1.4 電磁場的邊值關係

1.5 電磁場的能量

1.5.1 坡印廷定理

1.5.2 坡印廷矢量

1.6 電磁場的動量

1.6.1 電磁場的動量守恆定律

1.6.2 光壓的套用

1.7 波動方程

習題

第2章光波與介質的基本性質

2.1 平面波

2.1.1 平面波的表達

2.1.2 F面波的共軛

2.1.3 F面波的性質

2.2 球面波和柱面波

2.3 折射率

2.3.1 復折射率的產生

2.3.2 光的吸收

2.3.3 光的色散

2.4 平面波的疊加

2.4.1 兩個同頻率、同向傳播光波的疊加

2.4.2 兩個同頻率、反向傳播光波的疊加

2.4.3 兩個不同頻率、同向傳播光波的疊加

2.4.4 兩個振動方向互相垂直的光波的疊加

2.5 平面波在兩介質界面上的反射和折射

2.5.1 折射定律和反射定律

2.5.2 菲涅耳公式

2.5.3 菲涅耳公式的圖形表示

2.5.4 界面上光的能量關係

2.5.5 全反射

2.5.6 維納實驗

2.6 平面波在金屬表面的反射和透射

2.7 電偶極子輻射

2.8 光散射

2.8.1 散射係數和散射截面

2.8.2 彈性散射

2.8.3 非彈性散射

2.9 光壓的計算

習題

第3章干涉

3.1 光的相干性

3.1.1 相干條件

3.1.2 楊氏實驗

3.1.3 光源大小與條紋對比度

3.1.4 光源光譜與條紋對比度

3.1.5 兩相干光波振幅比與條紋對比度

3.1.6 相干長度

3.1.7 時空相干性、互相干函式和復相干度

3.2 分波面干涉

3.3 分振幅雙光束干涉

3.3.1 平行平板干涉

3.3.2 非平行板干涉

3.3.3 分振幅雙光束干涉儀

3.4 分振幅多光束干涉

3.4.1 平行平板的多光束干涉

3.4.2 法布里－珀羅干涉儀

3.4.3 光學薄膜

3.4.4 平面波導

3.4.5 光子晶體

3.5 干涉條紋分析

3.5.1 條紋計數和相位解纏

3.5.2 外差干涉檢測

3.5.3 相移干涉檢測

3.5.4 動態干涉檢測

習題

第4章衍射

第5章傅立葉光學

第6章光的偏振性及套用

部分習題參考答案

附錄A 場論

附錄B 哈密頓運算元

附錄C 常用非初等函式

附錄D 脈衝函式

附錄E 卷積和相關

附錄F 傅立葉級數

附錄G 傅立葉變換

參考文獻

清華大學出版社圖書信息

書名：物理光學

ISBN：9787302231790

作者：張洪欣

定價：28元

出版日期：2010-8-1

出版社：清華大學出版社

圖書簡介

本書以光的波動性為基礎，研究和闡述光的本性、光學基本原理及其套用，注重展現最新光學科技成果及其成就。主要內容安排如下。

第1章介紹光的電磁理論，闡述光的基本性質，分析光在各向同性介質中的傳播規律和介質分界面上的能量分配特性；第2章從波的疊加原理出發研究光的干涉規律，討論光的相干性，介紹光的干涉裝置及其典型套用；第3章圍繞衍射闡述光的波動性，說明衍射是光在空間或物質中傳播的一種基本方式，進一步基於基爾霍夫衍射公式和菲涅耳半波帶法研究衍射的處理方法及其套用；第4章討論光的偏振特性及其套用，研究光在晶體中的傳播特性和偏振元件對光的作用，以及偏振元件的設計和套用，並介紹處理偏振的瓊斯矩陣法；第5章通過對光的吸收、散射和色散現象的論述，從光波場作用的觀點出發討論光與物質的相互作用；第6章以黑體輻射、光電效應和康普頓效應等現象為基礎建立起量子的概念，並闡述光的波粒二象性；第7章介紹雷射原理、傅立葉光學等現代光學基礎知識及其套用。

本書可以作為高等院校光信息科學與技術、光電信息工程、光學工程、光電子技術及光電控制等專業的本科教材，對於從事光通信、雷射、紅外、光電檢測與計量的專業人員也有重要參考價值。

文摘

插圖：

4.5.4 夫琅和費衍射的性質

從典型孔徑的衍射計算中，可以總結出衍射圖樣的基本性質，自覺運用這些性質，有助於複雜孔徑衍射的分析。

（1）波面越受限制，衍射效果越明顯。

矩孔和圓孔衍射的計算結果清楚表明，某一方向上衍射孔徑越小，該方向上對光波波面的限制越強，這個方向上的衍射效應越顯著，衍射光斑就越大。由此很容易推論橢圓孔徑的衍射圖樣也是橢圓族，不過長、短軸與孔徑相反。

（2）波長越長，衍射效果越明顯。

中央亮斑尺寸與波長λ成正比，因此，波長越長，越容易看出衍射圖樣。當λ《x。、λ《y。時，亮斑尺寸趨向於O，可忽略衍射效應，光線沿直線傳播，這就是幾何光學中令波長λ→O的結果。由於亮紋和暗點的位置與波長有關，可以推論，當白光照明孔徑時，出現彩色衍射圖樣。

（3）孔徑在原所在面內平移，不會引起光強變化，只增加一個反映平移量的相位因子。

（4）光源傾斜引起衍射圖樣平移。夫琅和費衍射中，照明孔徑的正入射平面波可由圖4.5.10中處於中心位置的點光源S經過透鏡產生。如果點光源沿x軸移動x。沿y軸移動ys，將產生傾斜入射平面波，衍射圖樣要相應移動。

序言

光學是研究光的傳播及其與物質相互作用的學科，既古老，又年輕。

說光學古老，是因為早在遠古時代，人們就開始關注各種光學現象。我國周朝時已會用銅錫合金製作取火的凹面鏡，宋朝的沈括在《夢溪筆談》中詳細記載了凹面鏡和凸面鏡的成像。18世紀，英國的牛頓提出了光的微粒說，而荷蘭的惠更斯提出了光的波動說。歷經漫長曲折的探索之後，現在人們把光看做是一種物質形態，具有波粒二象性，波動性和粒子性是光在不同場合下反映出的兩種屬性。

說光學年輕，是因為它在不斷發展，特別是近半個世紀以來，光學的發展速度十分驚人。在與其他學科相互促進的過程中，光學的理論研究不斷推陳出新，套用成果令人目不暇接。光學是最活躍的學科之一。

經典光學常分為幾何光學和波動光學兩部分。當光波的波長很短，波動效應不明顯時，均勻介質中的光可視為光線，沿直線傳播，在界面上遵循折、反射定律。用光線近似的方法研究光學現象，就是幾何光學。經典光學的另一重要部分是波動光學，它以電磁波理論為基礎，研究與波動有關的干涉、衍射、偏振等現象。

近幾十年來，隨著全息技術的發明、光學傳遞函式的建立以及雷射的出現，人們開始把數學、資訊理論、線性系統理論運用於光的衍射研究，發展起傅立葉光學，並將其套用到信息處理、像質評價、相干性分析等方面，對光學現象的認識更加深入。

量子光學中的全量子理論把光場看成量子化的光子群，以輻射的量子理論研究光的產生、傳輸、檢測及光與物質的相互作用，能嚴格而全面地描述許多光學現象。考慮到量子光學需要更多的數學、物理基礎，本書把波動光學和傅立葉光學合編在一起，稱為物理光學。在散射、光壓等問題中，仍採用量子光學的觀點，以簡化處理。

物理光學的套用範圍十分廣泛，由物理光學產生的光學技術和光學系統種類繁多，滲透到生活、生產和社會的方方面面。大體說來，物理光學的套用可分為成像和非成像兩大類。

成像套用涉及各種成像系統，例如望遠鏡、顯微鏡、照相機、投影儀、放映機、X光機、內窺鏡、光刻機、潛望鏡、瞄準鏡、紅外夜視儀、全息術等。

非成像套用又可分為信息套用和能量套用兩類。信息套用包括光學測量、光通信、光計算、光存儲、光學加密、光學防偽、基準時間等。能量套用包括光學鑷、打孔、切割、焊接、表面處理、導向、育種、化學催化、同位素分離、原子冷卻、核聚變等。

物理光學的發展為實踐活動提供了有力工具，實踐中遇到的新問題反過來對物理光學提出更多和更高的要求，兩者互相促進，使物理光學充滿活力。

物理光學與人類活動密切相關，所涉及的領域十分廣泛，既有嚴格的理論體系，又有大量的實際套用。這就要求我們在學習過程中，一方面，注意建立基本物理概念，掌握基本規律和方法；另一方面，注意訓練運用已有知識解決實際問題的能力，並在解決問題的過程中，加深對所學知識的理解，甚至發現新規律和新現象，找到新套用。

對光學工程和光電信息類專業的學生而言，物理光學是與幾何光學並重的專業基礎課，只有學好物理光學，才能為後續專業課程的學習做好準備。願大家努力耕耘，打好基礎，學有所成，迎接挑戰！

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