新概念物理教程:光学

前辅文
一章 光和光的传播
§ 1. 光和光学
1.1 光的本性
1.2 光源与光谱
1.3 光学的研究对象、分支与应用
§ 2. 光的几何光学传播规律
2.1 几何光学三定律
2.2 全反
2.3 棱镜与色散
2.4 光路的可逆性原理
§ 3. 惠更斯原理
3.1 波的几何描述
3.2 惠更斯原理的表述
3.3 对反定律和折定律的解释
3.4 直线传播问题
§ 4. 费马原理
4.1 光程
4.2 费马原理的表述
4.3 由费马原理推导几何光学三定律
§ 5. 光度学基本概念
5.1 辐能通量和光通量
5.2 发光强度和亮度
5.3 余弦发光体和定向发光体
5.4 照度
5.5 光度学单位的定义
本章提要
思考题
习题
二章 几何光学成像
§ 1. 成 像
1.1 实像与虚像 实物与虚物
1.2 物方和像方 物与像的共轭性
1.3 物像之间的等光程性
1.4 等光程面
§ 2. 共轴球面组傍轴成像
2.1 光在单个球面上的折
2.2 轴上物点成像 焦距、物像距公式
2.3 傍轴物点成像与横向放大率
2.4 逐次成像
2.5 拉格朗日-亥姆霍兹定理
§ 3. 薄透镜
3.1 焦距公式
3.2 成像公式
3.3 密接透镜组
3.4 焦 面
3.5 作图法
3.6 透镜组成像
§ 4. 理想光具组理论
4.1 理想成像与共线变换
4.2 共轴理想光具组的基点和基面
4.3 物像关系
4.4 理想光具组的联合
§ 5. 光学仪器
5.1 投影仪器
5.2 照相机
5.3 眼睛
5.4 放大镜和目镜
5.5 显微镜
5.6 望远镜
5.7 棱镜光谱仪
§ 6. 光 阑
6.1 孔径光阑 入光瞳和出光瞳
6.2 视场光阑 入窗和出窗
§ 7. 像 差
7.1 像差概述
7.2 球面像差
7.3 彗形像差
7.4 正弦条件和齐明点
7.5 像散和像场弯曲
7.6 畸变
7.7 色像差
7.8 小结
§ 8. 像的亮度、照度和主观亮度
8.1 像的亮度
8.2 像的照度
8.3 主观亮度
本章提要
思考题
习题
三章 干涉
§ 1. 波的叠加与干涉
1.1 波的描述
1.2 波的叠加原理
1.3 两个点波源的干涉
§ 2. 杨氏实验 光场的空间相干性
2.1 杨氏双缝干涉实验
2.2 一些其它干涉装置
2.3 干涉条纹的移动
2.4 普通光源发光微观机制的特点
2.5 光源宽度对干涉条纹衬比度的影响
2.6 光场的空间相干性
§ 3. 薄膜干涉(一)——等厚条纹
3.1 薄膜干涉概述
3.2 薄膜表面的等厚条纹
3.3 劈形薄膜的等厚条纹
3.4 牛顿环
3.5 等厚干涉条纹的观测方法及倾角的影响
3.6 薄膜的颜色 增透膜和高反膜
§ 4. 薄膜干涉(二)——等倾条纹
4.1 无穷远的等倾条纹
4.2 观察等倾条纹时扩展光源的作用
4.3 薄膜干涉的定域问题
§ 5. 迈克耳孙干涉仪 光场的时间相干性
5.1 迈克耳孙干涉仪的结构
5.2 干涉条纹
5.3 光源的非单色性对干涉条纹的影响
5.4 傅里叶变换光谱仪
5.5 精密测长与长度的自然基准
5.6 光场的时间相干性
5.7 光场的相干性小结
§ 6. 多光束干涉 法布里-珀罗干涉仪
6.1 多光束干涉的强度分布公式
6.2 法布里-珀罗干涉仪的装置和条纹的半峰宽度
6.3 法布里-珀罗干涉仪在光谱学中的应用
本章提要
思考题
习题
章 衍
§ 1. 光的衍现象和惠更斯-菲涅耳原理
1.1 光的衍现象
1.2 惠更斯-菲涅耳原理
1.3 巴比涅原理
1.4 衍的分类
§ 2. 菲涅耳圆孔衍和圆屏衍
2.1 实验现象
2.2 半波带法
2.3 矢量图解法
2.4 菲涅耳波带片
§ 3. 夫琅禾费单缝衍和矩孔衍
3.1 实验装置和实验现象
3.2 单缝衍的强度公式
3.3 矩孔衍的强度公式
3.4 单缝衍因子的特点
3.5 几何光学的限度
§ 4. 光学仪器的像分辨本领
4.1 夫琅禾费圆孔衍
4.2 望远镜的分辨本领
4.3 球面波照明条件下像面接收的夫琅禾费衍
4.4 显微镜的分辨本领
§ 5. 多缝夫琅禾费衍和光栅
5.1 实验装置和衍图样
5.2 N缝衍的振幅分布和强度分布
5.3 缝间干涉因子的特点
5.4 单缝衍因子的作用
5.5 黑白光栅和正弦光栅
§ 6. 光栅光谱仪
6.1 光栅的分光原理
6.2 光栅的色散本领和色分辨本领
6.3 量程和自由光谱范围
6.4 闪耀光栅
6.5 棱镜光谱仪的色散本领和色分辨本领
§ 7. 三维光栅——X线在晶体上的衍
7.1 晶体点阵 X线
7.2 X线在晶体上的衍——布拉格条件
7.3 劳厄相和德拜相
本章提要
思考题
习题
五章 变换光学与全息照相
§ 1. 衍系统产生的波前变换
1.1 从惠更斯-菲涅耳原理看衍现象
1.2 衍系统的屏函数 振幅变换函数与相位变换函数
1.3 平面波与球面波的波前函数
1.4 傍轴条件和远场条件
1.5 透镜的相位变换函数
1.6 棱镜的相位变换函数
§ 2. 阿贝成像原理与相衬显微镜
2.1 阿贝成像原理
2.2 空间频谱
2.3 空间滤波与阿贝-波特实验
2.4 相衬显微镜
§ 3. 傅里叶变换光学与光信息处理
3.1 夫琅禾费衍装置和衍积分的标准形式
3.2 傅里叶变换及其逆变换
3.3 夫琅禾费衍与傅里叶变换的关系
3.4 相干光图像处理的4F系统
3.5 空间滤波实验举例
§ 4. 全息照相
4.1 全息照相步骤
4.2 全息照相的特点
4.3 全息照相的基本原理——无源空间边值定解
4.4 波前的全息记录
4.5 物光波前的重建
4.6 体全息
4.7 全息术的应用
本章提要
思考题
习题
六章 偏振
§ 1. 光的横波性与五种偏振态
1.1 偏振现象与光的横波性
1.2 偏振片
1.3 自然光
1.4 线偏振光
1.5 部分偏振光
1.6 圆偏振光
1.7 椭圆偏振光
§ 2. 光在电介质表面的反和折 菲涅耳公式
2.1 菲涅耳反折公式
2.2 反率和透率
2.3 斯托克斯的倒逆关系
2.4 相位关系与半波损失问题
2.5 反、折时的偏振现象
2.6 从电磁理论推导光的反、折定律和菲涅耳公式
2.7 全反与隐失波
§ 3. 双折
3.1 双折现象和基本规律
3.2 单轴晶体中的波面
3.3 晶体的惠更斯作图法
3.4 法向速度与线速度 法向面与线面
3.5 折率椭球
3.6 双轴晶体
§ 4. 晶体光学器件 圆偏振光和椭圆偏振光的获得与检验
4.1 晶体偏振器
4.2 波晶片——相位延迟片
4.3 垂直振动的合成
4.4 圆偏振光和椭圆偏振光的获得
4.5 圆偏振光和椭圆偏振光通过检偏器后强度的变化
4.6 通过波晶片后光束偏振状态的变化
4.7 圆偏振光和椭圆偏振光的检验
§ 5. 偏振光的干涉及其应用
5.1 偏振器间的波晶片
5.2 色偏振
5.3 偏振光的干涉条纹
5.4 光测弹性术
5.5 克尔效应与泡克耳斯效应
5.6 会聚偏振光的干涉
§ 6. 旋光
6.1 石英的旋光现象
6.2 菲涅耳对旋光性的解释
6.3 旋光晶体内的波面
6.4 量糖术
6.5 磁致旋光——法拉旋转
本章提要
思考题
习题
七章 光与物质的相互作用光的量子性
§ 1. 光的吸收
1.1 光的线性吸收规律
1.2 复数折率的意义
1.3 光的吸收与波长的关系
1.4 吸收光谱
§ 2. 光的色散
2.1 正常色散
2.2 反常色散
2.3 一种物质的全部色散曲线
2.4 相速与速
§ 3. 光辐的理论
3.1 光的发、吸收与色散的经典理论
3.2 辐阻尼
3.3 辐的量子图像
3.4 谱线的自然宽度及谱线增宽
§ 4. 光的散
4.1 散与介质不均匀尺度的关系
4.2 瑞利散和米氏散
4.3 散光强的角分布与偏振状态
4.4 拉曼散和布里渊散
§ 5. 激光
5.1 激光概述
5.2 粒子数布居反转与光放大
5.3 激活介质中布居反转的实现
5.4 增益系数
5.5 激光器振腔的作用
5.6 增益的阈值条件
5.7 激光器对频率的选择
5.8 激光光束的特性
§ 6. 光的波粒二象性
6.1 单光子实验
6.2 探测光子时概率波的坍缩
本章提要
思考题
习题
附录A 傅里叶变换 波包的速度
1. 周期函数的傅里叶级数展开
2. 傅里叶积分变换
3. 空间频谱
4. 波包的速
5. 波包的能量速度
附录B 物理常量
习题答案
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一章 光和光的传播
§ 1. 光和光学
1.1 光的本性
1.2 光源与光谱
1.3 光学的研究对象、分支与应用
§ 2. 光的几何光学传播规律
2.1 几何光学三定律
2.2 全反
2.3 棱镜与色散
2.4 光路的可逆性原理
§ 3. 惠更斯原理
3.1 波的几何描述
3.2 惠更斯原理的表述
3.3 对反定律和折定律的解释
3.4 直线传播问题
§ 4. 费马原理
4.1 光程
4.2 费马原理的表述
4.3 由费马原理推导几何光学三定律
§ 5. 光度学基本概念
5.1 辐能通量和光通量
5.2 发光强度和亮度
5.3 余弦发光体和定向发光体
5.4 照度
5.5 光度学单位的定义
本章提要
思考题
习题
二章 几何光学成像
§ 1. 成 像
1.1 实像与虚像 实物与虚物
1.2 物方和像方 物与像的共轭性
1.3 物像之间的等光程性
1.4 等光程面
§ 2. 共轴球面组傍轴成像
2.1 光在单个球面上的折
2.2 轴上物点成像 焦距、物像距公式
2.3 傍轴物点成像与横向放大率
2.4 逐次成像
2.5 拉格朗日-亥姆霍兹定理
§ 3. 薄透镜
3.1 焦距公式
3.2 成像公式
3.3 密接透镜组
3.4 焦 面
3.5 作图法
3.6 透镜组成像
§ 4. 理想光具组理论
4.1 理想成像与共线变换
4.2 共轴理想光具组的基点和基面
4.3 物像关系
4.4 理想光具组的联合
§ 5. 光学仪器
5.1 投影仪器
5.2 照相机
5.3 眼睛
5.4 放大镜和目镜
5.5 显微镜
5.6 望远镜
5.7 棱镜光谱仪
§ 6. 光 阑
6.1 孔径光阑 入光瞳和出光瞳