波动光学

前言

第1章 光的电磁理论基础

1.1 麦克斯韦方程组

1.2 麦克斯韦理论的验证

1.2.1 验证麦克斯韦假设的位移电流

1.2.2 验证电磁波的传播速度等于光速

1.2.3 验证电磁波与光波具有同一性

1.3 物质方程

1.4 边界条件

1.5 波函数

1.6 电磁波谱

1.7 电磁场的能量守恒定律

1.8 光压

1.9 光的偏振

1.9.1 光的偏振态

1.9.2 偏振片

1.9.3 马吕斯定律

1.10 光的吸收、色散和散射

1.10.1 光的吸收

1.10.2 光的色散

1.10.3 光的散射

1.11 反射和折射

1.11.1 反射和折射定律

1.11.2 菲涅耳公式

1.11.3 反射和折射的能量特性

1.11.4 反射和折射的位相特性

1.11.5 反射和折射的偏振特性

1.11.6 全反射

1.11.7 光波在金属表面上的反射和折射

第2章 相干和干涉

2.1 单色波的干涉

2.1.1 杨氏双缝干涉

2.1.2 两列单色波的干涉

2.1.3 三束单色波的干涉

2.1.4 多束单色波的干涉

2.2 条纹能见度

2.3 时间相干性

2.3.1 波长不同的两个波的叠加

2.3.2 三波长叠加

2.3.3 多波长叠加

2.3.4 宽谱叠加

2.3.5 光谱的线宽

2.4 空间相干性

2.4.1 光源

2.4.2 部分空间相干性

2.4.3 激光的相干性

2.5 等倾干涉

2.5.1 平行平面玻板的干涉图像

2.5.2 法布里一珀罗干涉仪

2.6 等厚干涉

2.6.1 等厚干涉——楔形板

2.6.2 等厚干涉——牛顿环

2.7 迈克尔孙干涉仪

2.8 波面剪切干涉仪

2.8.1 与理想平面参考波的干涉

2.8.2 波面剪切干涉仪

2.9 光学外差测量

第3章 衍射理论

3.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理

3.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式

3.3 索末菲条件

3.4 巴比涅原理

3.5 夫琅和费衍射和菲涅耳衍射

3.6 衍射问题在频率域中的表示

3.7 衍射孔径的频谱效应

3.8 夫琅和费衍射

3.8.1 夫琅和费衍射花样的对称特性

3.8.2 矩孔的夫琅和费衍射

3.8.3 单缝的夫琅和费衍射

3.8.4 双缝的夫琅和费衍射

3.8.5 多缝的夫琅和费衍射

3.8.6 振幅型正弦光栅的傅里叶变换

3.9 几种常用光学成像系统的分辨本领

3.10 单色平面波通过棱镜和最简单的聚焦系统的传输

3.11 菲涅耳波带

3.11.1 菲涅耳波带法

3.11.2 菲涅耳圆孔衍射

3.11.3 菲涅耳圆屏衍射

3.11.4 菲涅耳直边衍射

3.11.5 菲涅耳波带片

3.11.6 微光学透镜

3.12 光谱仪

3.12.1 光栅光谱仪中的衍射光栅

3.12.2 棱镜光谱仪

3.13 双光栅测振仪

第4章 傅里叶光学

4.1 时间频谱和空间频谱

4.2 光栅的衍射和角谱

4.3 傅里叶变换

4.4 傅里叶变换基本定理

4.5 常用函数及其傅里叶变换

4.6 傅里叶变换定理的光学模拟

4.7 抽样定理

4.8 光学系统的拦光效应和低通滤波

4.8.1 相干成像系统和相干传递函数

4.8.2 非相干成像系统和光学传递函数

4.9 光学传递函数

4.9.1 光学传递函数仪

4.9.2 0TF与成像质量

4.10 阿贝成像理论和阿贝一波特实验

4.11 近场衍射模拟

4.12 光束通过非均匀介质的传输——分步傅里叶变换

4.13 M-Z/点衍射干涉仪

第5章 薄膜光学基础

5.1 薄膜在光学技术中的应用

5.2 单层膜

5.3 多层膜

5.4 薄膜的特征矩阵

5.5 多层膜的能量反射率

5.6 干涉色

5.7 平板波导

5.8 金属包覆介质波导

第6章 晶体光学

6.1 晶体

6.1.1 晶体的对称性及分类

6.1.2 几个基本概念

6.1.3 晶体的介电张量

6.2 各向异性介质中的电磁波

6.2.1 相速度和光线速度

6.2.2 波法线菲涅耳方程和光线菲涅耳方程

6.2.3 各向异性介质内平面电磁波的传播特点

6.3 晶体光学性质的图形表示

6.3.1 折射率椭球

6.3.2 菲涅耳椭球

6.3.3 折射率曲面

6.3.4 波矢曲面

6.3.5 法线曲面

6.3.6 光线曲面

6.3.7 确定波法线方向的斯涅尔作图法

6.3.8 直接得到光线方向的惠更斯作图法

6.4 偏振器件

6.4.1 位相延迟片

6.4.2 补偿器

6.4.3 偏振棱镜

6.4.4 双像棱镜

6.5 电光效应

6.5.1 电光效应的描述

6.5.2 晶体的线性电光效应

6.5.3 晶体的二次电光效应

6.5.4 晶体的电光效应的应用举例

6.6 声光效应

6.6.1 声光效应的描述

6.6.2 声光衍射

6.7 旋光现象

6.8 磁光效应

6.9 偏振光的干涉

6.9.1 平行偏振光的干涉

6.9.2 会聚偏振光的干涉

6.10 偏振光和偏振器件的矩阵表示

《波动光学》系统阐述了波动光学的相关基础知识，内容包括电磁理论，光的干涉、衍射、散射、偏振，傅里叶光学基础、薄膜光学、晶体光学等。考虑到有后续课程，将不涉及全息光学、统计光学书的特点是为读者提供了理论模拟和Matlab应用例。全书贯穿了Matlab程序例子，如波的反射、折射，高斯光束的衍射，分布传输法研究光束在非均匀介质中的传输，电光、声光光学，空间滤波和外差等等。