物理光學導論

物理光學導論

图书基本信息
出版时间:2011-7
出版社:科學出版社
作者:姜宗福,劉文廣,侯靜 編著
页数:224
书名:物理光學導論
封面图片
物理光學導論
前言
物理光學是光學的重要內容,它從物理本質上對光學現象進行分析和理解。本書主要講授經典物理光學內容,部分講授近代物理光學內容。物理光學研究光學現象的物理本質或物理原理。就本課程學習的內容而言,其基本理論在1880年前已經大體上形成了較完整體系。此後,由于量子力學的出現,光學經歷了一場革命,盡管這場革命深深影響了人們對光的本性的理解,但早期的理論並沒有失去作用。舊的原理和方法及其在諸多方面的應用,一直不斷擴大,而且還在繼續擴大,勢頭不減。光學是最古老的物理學分支之一,在這里簡要敘述人們對于光的本性認識發展過程中的幾個主要里程碑。
内容概要
物理光學的內容非常廣泛,《物理光學導論(普通高等教育十二五規劃教材)》(作者姜宗福、劉文廣、侯靜)針對光學工程、光電子技術等工科類本科專業對光學知識的基本要求,主要介紹經典物理光學內容和部分近代物理光學內容。書中以電磁場與光傳輸理論為基礎,簡潔而系統地講述光的電磁波描述、光的偏振、光在介質界面的傳輸、光的干涉、光場的空間和時間相干性、光的衍射、傅里葉光學基本概念與光的信息處理、光的全息術、光在晶體中的傳輸,以及光的吸收、色散和散射等。
《物理光學導論(普通高等教育十二五規劃教材)》可作為工科光學工程、光電子技術等專業本科生的教材,也可作為光學工程等學科研究生和科技工作者的參考書。
书籍目录
前言
引言
0.1 17世紀前的光學
0.1.1 古希臘人對光的認識
0.1.2 阿拉伯人對光學的貢獻
0.1.3 中世紀的光學
0.1.4 16世纪——文艺复兴的光学
1.2 17世紀的光學
0.3 19世紀的光學
0.4 近代光學
0.5 運動物體光學
第l章 電磁場與光傳輸理論基礎
1.1 電磁場理論中的基本定律
1.1.1 電磁場理論中的基本定律與麥克斯韋方程
1.1.2 介質性質突變處的邊界條件
1.2 電磁場波動方程與簡諧光波
1.2.1 波動方程和光速
1.2.2 平面波和球面波
1.2.3 波函數的復數表示與共軛波
1.3 矢量簡諧波與光的偏振
1.3.1 矢量平面波函數
1.3.2 電磁場的能量密度和能流密度
1.3.3 光的偏振性質
1.4 光子與電磁場譜
1.4.1 光子
1.4.2 電磁波譜
1.5 光波在介質界面的傳播
1.5.1 介質界面的電磁波
1.5.2 菲涅耳公式
1.5.3 光強的反射率和透射率
1.5.4 界面反射光的相位變化
習題
第2章 光的干涉
2.1 光波干涉的基本概念
2.1.1 波的疊加原理
2.1.2 波疊加實現相干的基本條件
2.1.3 干涉場的襯比度
2.2 分波前干涉
2.2.1 普通光源實現相干疊加的方法
2.2.2 楊氏雙孔干涉實驗︰兩個球面波的干涉
2.2.3 光源寬度對干涉場襯比度的影響
2.2.4 光場的空間相干性
2.2.5 光場的時間相干性
2.2.6分波前干涉裝置及其應用
2.3 分振幅干涉
2.3.1 平行平板的等傾干涉
2.3.2 楔形板的等厚干涉
2.3.3 幾種分振幅干涉儀及其應用
2.4 多光束干涉
2.4.1 平行平板的反射多光束干涉和透射多光束干涉
2.4.2 法布里一珀羅干涉儀及其特點
2.4.3 多光束干涉的應用
習題
第3章 光的衍射理論基礎
3.1 惠更斯-菲涅耳原理
3.1.1 惠更斯原理
3.1.2 惠更斯-菲涅耳原理
3.2 基爾霍夫衍射理論簡介
3.2.1 亥姆霍茲-基爾霍夫積分定理
3.2.2 平面屏衍射的基爾霍夫公式
3.2.3 巴比涅原理
3.3 近場衍射和遠場衍射
3.3.1 球面波的傍軸近似和遠場近似式
3.3.2 近场衍射——菲涅耳衍射
3.3.3 远场衍射——夫琅禾费衍射
3.4 單縫和矩孔的夫瑯禾費衍射
3.4.1 單縫夫瑯禾費衍射
3.4.2 矩孔夫瑯禾費衍射
3.5 圓孔夫瑯禾費衍射與成像系統的分辨本領
3.5.1 圓孔夫瑯禾費衍射
3.5.2 成像儀器的分辨本領
3.6 光柵衍射
3.6.1 位移-相移定理
3.6.2 一維光柵
3.6.3 光柵光譜儀
3.6.4 閃耀光柵
3.7 菲涅耳衍射
3.7.1 菲涅耳衍射的波帶方法
3.7.2 菲涅耳波帶片
3.7.3 菲涅耳衍射的數值分析
習題
第4章 傅里葉光學基礎
4.1 線性系統與波前變換
4.1.1 線性系統與線性變換
4.1.2 衍射系統與波前變換
4.2 薄透鏡相位變換器與傅里葉光學變換
4.2.1 薄透鏡的相位變換函數
4.2.2 透鏡衍射的傅里葉變換性質
4.2.3 余弦光柵的衍射場
4.3 阿貝成像原理與空間濾波
4.3.1 阿貝成像原理
4.3.2 阿貝一波特實驗與空間濾波
4.3.3 策尼克相襯顯微鏡
4.4 相干光信息處理簡例
4.4.1 4F圖像處理系統
4.4.2 圖像的相加和相減處理方法
4.5 透鏡相干成像的衍射分析
4.5.1 正透鏡的點擴展函數
4.5.2 物像關系的衍射理論分析
4.5.3 相干成像系統的光學傳遞函數
4.6 非相干成像系統的頻譜分析
4.6.1 非相干成像系統的強度傳遞函數
4.6.2 無像差系統的傳遞函數
4.6.3 像差對成像系統的影響
4.7 光學全息
4.7.1 全息術的基本原理
4.7.2 典型全息圖
4.7.3 全息圖應用簡介
習題
第5章 晶體光學
5.1 晶體雙折射
5.1.1 雙折射現象
5.1.2 單軸晶體中的波面
5.1.3 晶體中的惠更斯作圖法
5.1.4 晶體雙折射的四個重要情形
5.2 晶體光學器件
5.2.1 晶體偏振器
5.2.2 波晶片
5.2.3 晶體補償器
5.3 圓偏振光、橢圓偏振光的產生和檢驗
5.3.1 通過波晶片後的偏振態分析
5.3.2 橢圓偏振光和圓偏振光的產生
5.3.3 偏振光的檢驗方法
5.4 偏振光干涉
5.4.1 單色偏振光干涉
5.4.2 顯色偏振與偏振濾光器
5.4.3 偏振光的應用
5.5 旋光效應
5.5.1 自然旋光效應
5.5.2 法拉第效应——磁致旋光效应
5.5.3 旋光效應的應用
5.6電光效應
5.6.1 泡克耳斯效应——线性电光效应
5.6.2 克尔效应——平方电光效应
習題
第6章 光的吸收、色散和散射
6.1 介質對光的吸收
6.1.1 朗伯吸收定律
6.1.2 比爾吸收定律
6.1.3 對吸收系數的進一步說明
6.1.4 吸收光譜
6.2 介質對光的色散
6.2.1 正常色散和反常色散
6.2.2 色散和吸收現象的經典理論解釋
6.2.3 波包的相速度和群速度
6.3 介質對光的散射
6.3.1 散射現象
6.3.2 瑞利散射
6.3.3 米氏散射
6.3.4 拉曼散射
習題
參考文獻
附錄A 矢量分析
附錄B 傅里葉變換
章节摘录
版权页:插图:0.1 17世纪前的光学0.1.1 古希腊人对光的认识在17世纪之前,人们对光学现象只是只言片语的记载,还谈不上是科学。在埃及发现的希腊文稿中记载了许多光的幻觉现象。例如,太阳在地平线上比在近天顶时显得更大。在希腊,阿里斯托芬在《云》(公元前424年)中描述了“用透明度极好的石头点火”的对话,把这种石头放在阳光下,人们就能够“通过某一种距离熔化那全部刻写”在蜡面上的“稿本”。柏拉图学派曾经讲授过关于光的直线性、入射角和反射角相等的知识。公元139年,天文学家托勒密(Ptolemy)测量了入射角和折射角,他发现入射角和折射角成比例。古代制造过金属镜。在《圣经•出埃及记》中记载,“窥镜”——(铜锡合金)铜锡比例为388,在《圣经•约伯记》中记载为3718。在古埃及人的木乃伊墓中已发掘出这种镜子。希腊人对球形和抛物面形的镜子进行过探讨,在欧几里得(Euclid)的著作《反射光学》(Catoptrics)中探讨了反射现象,发现了关于球面镜焦点的最早论述,书中讲到了凹镜对准太阳时也能点火。在一份可能是特拉耳斯的安塞谬斯写的稿本“博比安瑟殊篇”(FragmentunBobiense)中,论证了抛物面形反射镜的聚焦性质。传说当罗马人包围叙拉古(Syracusae)时,阿基米德用具有聚光能力的反射镜,反射太阳光使敌船起火,来保卫城池,但这个故事可能是虚构的。希腊人探讨过关于视觉的理论,按照毕达哥拉斯(Pythagoras)等人的说法,视觉是由所见的物体射出的微粒进入眼睛引起的。柏拉图、欧几里得主张眼睛发射说,认为眼睛本身发射出某种东西,一旦这些东西遇到物体发出的别的东西就产生视觉。0.1.2阿拉伯人对光学的贡献阿拉伯民族的成长在思想史中显得格外壮丽。散居的部落在宗教的熔炉中突然融合为强大的民族。大约在公元8世纪开始,阿拉伯人把希腊的古典书籍翻译成阿拉伯文,自然科学成为人们爱好的研究课题。一般来讲,他们在创造性研究方面并不突出。只有阿勒•哈增在光学方面有独创性的贡献。哈增曾身居要职,由于犯了错误,在哈里发(Kaliph)面前失宠,一直佯装精神错乱并寻找避难处。其后以复制稿本维持生活,写了关于天文学、数学和光学方面的书。哈增对反射定律做了研究,并加上了“这两个角都在同一个平面”的法则。对球面镜和抛物面镜做了深入研究。重复托勒密的工作,测量了入射角和折射角,并证明托勒密入射角和折射角之比是常数的说法是错误的,但没有给出正确的折射定律。他认为当太阳和月亮靠近地平线时,其直径显著增大是一种幻觉,是由于它们的大小是以地面物体的较小的距离来做估计造成的。这种解释今天仍流行,但没有普遍接受。哈增是第一个详细叙述和描绘人眼的物理学家。今天普遍使用的眼睛一些部位的名称起源于他的拉丁文著作,如“网膜”、“角膜”、“玻璃状液”、“前房液”等术语。0.1.3中世纪的光学13世纪欧洲人消化了阿拉伯人的光学知识,威特洛在哈增著作基础上,整理了一本精练而系统的光学著作。他把星星的闪烁解释为空气的运动所致,并证明若通过运动着的水观察星星,则星星的闪烁更为强烈。他指出虹霓是由于反射和折射共同作用形成的。杰出的思想家罗吉尔•培根在他的书中提出一种设想的仪器的可能性,通过它眼睛“辨认出在相当远距离的最小的文字”。曾经存在一种说法,折射望远镜就是罗吉尔•培根发明的。0.1.4 16世纪——文艺复兴的光学文艺复兴时期光学的最大成就是发明了望远镜和显微镜。关于这两种神奇仪器的发明人,英意荷德等国都努力寻找证据,争取有利于自己同胞的决定。直到目前也没有足够证据肯定谁是最先的发明者。伽利略是第一个把望远镜应用于天文观察和研究的人,用的望远镜也是他自己制造的。他改造望远镜,使之可以看到非常小又非常近的物体,即显微镜。开普勒的《折光学》(1611年)是最早尝试去阐明望远镜理论的著作,这需要有关折射定律的知识,他获得的近似经验表示,当以小角度i入射时,有i=nr,n是个常数,光线从空气射到玻璃时它等于1.5。这个值已准确到足以使他能够概括地建立关于望远镜的正确理论。0.2 17世纪的光学(1)发现折射定律。斯涅耳在未公布的手稿中把折射定律叙述如下:在相同的介质里,入射角和折射角的余割之比总是保持相同的值。他用实验进行了验证。1637年笛卡儿在他的《屈光学》一书中,假设不同介质光速不同,从理论上推导了这个定律,给出了现代书本中看到的折射定律的表达形式,他认为光本质上是一种压力,在一种完全弹性、充满一切空间的介质(即以太(ether))之中传播。1657年,费马在证明笛卡儿的假设时,提出了著名的最小时间原理:“自然界的行为永远以路程最短为准则。”由这一原理,在假设不同介质中“阻力”不同的条件下,可得到折射定律。(2)光传播速度的发现。1675年,罗麦(O.Romer)通过对木星卫星蚀的观测,发现了光的速度为有限,并被布拉德雷通过测量天体的光行差所证明。胡克(R.Hooke)1665年做出关于光的波动理论的粗略轮廓,他指出光是一种介质的快速振动,并以极大速度进行传播;他还进一步指出,发光体每一脉冲或振动将产生一球面波(everypulseorvibrationoftheluminousbodywillgenerateasphere)。惠更斯(C.Huygens)提出了一个原理(惠更斯原理),用这一原理,他成功推导出反射定律和折射定律。他还说明巴托莱纳斯在1669年发现的冰洲石的双折射现象。在研究这些现象时,他还发现了光的基本现象——偏振。但当时认为光是纵波,不能理解光的偏振。玻意耳(R.Boyle)和胡克各自独立发现了薄膜产生彩色的干涉现象(今天称之为“牛顿环”)。1666年,牛顿发现用三棱镜可将白光分解成各种颜色,并且确定每一种纯颜色各由一个折射率来标志,颜色的基本性质才搞清楚。当时,牛顿提出了光是以微小粒子的形式从发光物体传播出来的,即微粒理论。由于当时的波动理论在光的直线传播和偏振方面无法解释,以及牛顿的权威,粒子学说占据主要地位,波动理论被摈弃,并停滞一个世纪。
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评论与打分
  •     一本導論書籍,內容比較全面。