物理光学与应用光学（第三版） 十一五

本书是在2000年出版的高等学校电子信息类规划教材《物理光学与应用光学》、2008年出版的普通高等教育“十一五”国家级规划教材《物理光学与应用光学(第二版)》的基础上修订而成的。本书以光的电磁理论为理论基础，以物理光学和应用光学为主体内容。第1章到第4章讨论了光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，以及光的干涉、衍射、偏振特性，突出了光学原理在光电子技术中的应用和进展，加强了光的相干性内容，介绍了傅里叶光学、近场光学和二元光学的基础。第5章讨论了在光波传播与控制中应用非常广泛的感应双折射效应。第6章介绍了光的吸收、色散和散射特性。第7章到第10章讲述了几何光学基础知识以及光在光学仪器中的传播和成像特性。本书可作为光电子技术、电子科学与技术、光学工程、光信息科学与技术等专业本科生的专业基础课教材，也可作为有关专业师生和科技人员的参考书。为了配合本教...

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本书是在2000年出版的高等学校电子信息类规划教材《物理光学与应用光学》、2008年出版的普通高等教育“十一五”国家级规划教材《物理光学与应用光学(第二版)》的基础上修订而成的。本书以光的电磁理论为理论基础，以物理光学和应用光学为主体内容。第1章到第4章讨论了光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，以及光的干涉、衍射、偏振特性，突出了光学原理在光电子技术中的应用和进展，加强了光的相干性内容，介绍了傅里叶光学、近场光学和二元光学的基础。第5章讨论了在光波传播与控制中应用非常广泛的感应双折射效应。第6章介绍了光的吸收、色散和散射特性。第7章到第10章讲述了几何光学基础知识以及光在光学仪器中的传播和成像特性。本书可作为光电子技术、电子科学与技术、光学工程、光信息科学与技术等专业本科生的专业基础课教材，也可作为有关专业师生和科技人员的参考书。为了配合本教材的教与学，与本教材配套的学习指导书同期出版。

石顺祥，男，汉族， 1943年1月生，山东省青岛市人。中共党员，西安电子科技大学教授，博士生导师，兼任陕西省量子电子学与光电子学学会副主任。

石顺祥，1965年7月毕业于西安军事电信工程学院无线电物理与器件系微波技术专业，并留校任教。一直承担普通物理、物理光学、光电子技术、激光技术与器件、光纤传感与测量等十余门本科生基础、专业课程，非线性光学、高等电磁理论、高等光学等硕士生、博士生课程；1982年开始指导硕士研究生论文，1991年任硕士生导师，1998年任博士生导师。

王学恩，副教授、博士。1995年陕西师范大学物理系获得理学学士学位，1998年南京大学物理系获得理学硕士学位，2005年西安交通大学电子信息与工程学院获得工学博士学位。承担本科生课程《电磁场与电磁波》、《物理光学与应用光学》和《应用光学》。参加国家自然科学基金、国防预研基金项目多项，获...

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石顺祥，男，汉族， 1943年1月生，山东省青岛市人。中共党员，西安电子科技大学教授，博士生导师，兼任陕西省量子电子学与光电子学学会副主任。

石顺祥，1965年7月毕业于西安军事电信工程学院无线电物理与器件系微波技术专业，并留校任教。一直承担普通物理、物理光学、光电子技术、激光技术与器件、光纤传感与测量等十余门本科生基础、专业课程，非线性光学、高等电磁理论、高等光学等硕士生、博士生课程；1982年开始指导硕士研究生论文，1991年任硕士生导师，1998年任博士生导师。

王学恩，副教授、博士。1995年陕西师范大学物理系获得理学学士学位，1998年南京大学物理系获得理学硕士学位，2005年西安交通大学电子信息与工程学院获得工学博士学位。承担本科生课程《电磁场与电磁波》、《物理光学与应用光学》和《应用光学》。参加国家自然科学基金、国防预研基金项目多项，获陕西省信息产业厅二等奖一项。主持国家自然科学基金一项。

基于光的电磁理论和光量子理论研究微光器件理论、技术和应用，同时关注各种新的光学现象的研究。具体研究方向：近场光学理论及其应用、集成光学技术及光无源器件。

马琳，女，副教授，博士，中国光学学会会员。1999年毕业于陕西师范大学物理系光学专业，获理学硕士学位；2006年毕业于西安电子科技大学，获电子科学与技术专业工学博士学位。主要从事于电子科学与技术、光信息科学与技术的教学与科研工作。

非线性光学、光电子技术与应用、超短光脉冲技术与应用；光学信号处理、计算。

绪论 1
第1章 光在各向同性介质中的传播特性 3
1.1 光波的特性 3
1.1.1 光电磁波及麦克斯韦电磁方程 3
1.1.2 几种特殊形式的光波 7
1.1.3 光波场的频率域表示 14
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绪论 1
第1章 光在各向同性介质中的传播特性 3
1.1 光波的特性 3
1.1.1 光电磁波及麦克斯韦电磁方程 3
1.1.2 几种特殊形式的光波 7
1.1.3 光波场的频率域表示 14
1.1.4 光波的速度 20
1.1.5 平面光波的横波性、偏振态及其表示 23
1.2 光波在介质界面上的反射和折射 28
1.2.1 反射定律和折射定律 29
1.2.2 菲涅耳公式、反射率和透射率 29
1.2.3 反射和折射的相位特性 34
1.2.4 反射和折射的偏振特性 36
1.2.5 全反射 40
1.2.6 左手材料和负折射现象43
1.3 光波在金属表面上的反射和折射 45
例题 49
习题 54
第2章 光的干涉 60
2.1 双光束干涉 60
2.1.1 产生干涉的基本条件 60
2.1.2 双光束干涉 63
2.2 平行平板的多光束干涉 71
2.3 光学薄膜 76
2.3.1 光学薄膜的反射特性 77
2.3.2 薄膜波导 86
2.4 典型干涉仪 91
2.4.1 迈克尔逊干涉仪 91
2.4.2 马赫泽德干涉仪 94
2.4.3 法布里珀罗干涉仪 95
2.5 光的相干性 104
2.5.1 光的相干性 105
2.5.2 相干性的定量描述 113
2.5.3 激光的相干性 117
例题 119
习题 125
第3章 光的衍射 131
3.1 衍射的基本理论 131
3.1.1 光的衍射现象 131
3.1.2 惠更斯菲涅耳原理 132
3.1.3 基尔霍夫衍射公式 133
3.2 夫朗和费衍射 139
3.2.1 夫朗和费衍射装置 139
3.2.2 夫朗和费矩形孔和圆孔衍射 140
3.2.3 夫朗和费单缝和多缝衍射 149
3.2.4 巴俾涅原理应用 155
3.3 菲涅耳衍射 155
3.3.1 菲涅耳衍射的菲涅耳波带法 155
3.3.2 菲涅耳衍射的积分解法 164
3.4 光栅和波带片 168
3.4.1 衍射光栅 168
3.4.2 波导光栅 175
3.4.3 全息光栅 178
3.4.4 波带片 180
3.5 全息照相 183
3.5.1 全息照相原理 183
3.5.2 全息照相技术 188
3.5.3 数字全息 192
3.6 傅里叶光学、二元光学、近场光学基础简介 194
3.6.1 光衍射现象的傅里叶分析——傅里叶光学基础194
3.6.2 二元光学——衍射光学 206
3.6.3 近场光学简介 213
例题 217
习题 224
第4章 光在各向异性介质中的传播特性 230
4.1 晶体的光学各向异性 230
4.1.1 张量的基础知识 230
4.1.2 晶体的介电张量 232
4.2 理想单色平面光波在晶体中的传播 233
4.2.1 光在晶体中传播特性的解析法描述 233
4.2.2 光在晶体中传播特性的几何法描述 243
4.3 平面光波在晶体界面上的反射和折射 255
4.3.1 光在晶体界面上的双反射和双折射现象 255
4.3.2 单轴晶体的负折射和负反射现象 261
4.4 晶体光学元件 262
4.4.1 偏振器 262
4.4.2 波片和补偿器 268
4.5 晶体的偏光干涉 271
4.5.1 平行光的偏光干涉 272
4.5.2 会聚光的偏光干涉 276
例题 281
习题 285
第5章 晶体的感应双折射 290
5.1 电光效应 290
5.1.1 电光效应的描述 290
5.1.2 晶体的线性电光效应 291
5.1.3 晶体的二次电光效应 303
5.1.4 晶体电光效应的应用举例 305
5.2 声光效应 307
5.2.1 弹光效应和弹光系数 307
5.2.2 声光衍射 310
5.3 晶体的旋光效应与法拉第效应 313
5.3.1 晶体的旋光效应 313
5.3.2 法拉第效应 316
例题 318
习题 320
第6章 光的吸收、色散和散射 322
6.1 光与介质相互作用的经典理论 322
6.2 光的吸收 325
6.2.1 光吸收定律 325
6.2.2 吸收光谱 326
6.3 光的色散 328
6.3.1 色散率 329
6.3.2 正常色散与反常色散 329
6.4 光的散射 332
6.4.1 光的散射现象 332
6.4.2 瑞利散射 332
6.4.3 米氏散射 335
6.4.4 分子散射 335
6.4.5 喇曼散射 336
例题 337
习题 339
第7章 几何光学基础 341
7.1 几何光学的基本定律 341
7.1.1 波面、光线和光束 341
7.1.2 基本定律 343
7.1.3 光学系统及物像的基本概念 347
7.1.4 光学系统成完善像的条件 348
7.2 单个折射球面的光路计算 350
7.2.1 符号法则 350
7.2.2 单个折射球面的光路计算公式 351
7.2.3 单个折射球面近轴区光路计算公式 354
7.3 单个折射球面的近轴区成像 354
7.3.1 物像公式 354
7.3.2 焦距及光焦度 355
7.3.3 高斯公式和牛顿公式 356
7.3.4 放大率 357
7.3.5 拉亥不变量 359
7.4 球面反射镜成像 359
7.4.1 焦点和焦距 359
7.4.2 物像公式 360
7.4.3 放大率 360
7.5 共轴球面光学系统 360
7.5.1 转面公式 361
7.5.2 拉亥公式 362
7.5.3 放大率公式 362
7.6 薄透镜成像 363
7.6.1 透镜的分类 363
7.6.2 薄透镜成像 363
7.6.3 薄透镜物像的几个特殊位置关系 365
7.7 平面的折射成像 365
7.7.1 平面折射光路计算公式 365
7.7.2 折射平面近轴区成像 366
7.7.3 折射平行平板的光路计算 366
7.7.4 折射平行平板的成像 367
7.8 平面镜和棱镜系统 368
7.8.1 平面镜成像 368
7.8.2 双平面镜系统成像 369
7.8.3 反射棱镜 372
7.8.4 反射棱镜的成像 373
7.8.5 折射棱镜 376
例题 378
习题 382
第8章 理想光学系统 384
8.1 理想光学系统的基点和基面 384
8.1.1 理想光学系统的基本特性 384
8.1.2 理想光学系统的基点和基面 385
8.1.3 基本几何光学元件的基点和基面 387
8.2 理想光学系统的物像关系 388
8.2.1 图解法求像 388
8.2.2 理想光学系统成像公式 389
8.2.3 放大率 391
8.2.4 理想光学系统的基点位置关系 392
8.2.5 光学系统基点的测量 392
8.3 理想光学系统的组合 394
8.3.1 双光组组合 394
8.3.2 正切法 396
8.3.3 截距法 398
8.3.4 无焦系统 398
8.4 厚透镜及其基点与基面 399
8.4.1 厚透镜基点一般公式 400
8.4.2 厚透镜基点 400
8.5 矩阵在近轴光学系统中的应用 403
8.5.1 光线矢量的线性变换矩阵 403
8.5.2 基本光学元件的特征传递矩阵 404
8.5.3 光学系统的传递矩阵计算 406
8.5.4 高斯矩阵与光学系统主平面和焦点的位置关系 408
8.5.5 传递矩阵在激光谐振腔设计中的应用409
8.6 ABCD法则及其在激光束传输中的应用 411
8.6.1 ABCD法则——光波面曲率半径在传播介质中的变化规律 411
8.6.2 ABCD法则用于基模高斯光束的传播 412
8.6.3 基模高斯光束经过薄透镜的变换 413
8.6.4 基模高斯光束经过无焦系统的变换 415
例题 416
习题 419
第9章 光学系统像差基础和光路计算 422
9.1 光学系统中的光阑 422
9.1.1 光阑及其分类 422
9.1.2 孔径光阑和入/出瞳 423
9.1.3 视场光阑和入/出窗 425
9.2 光学系统光阑对成像的影响 426
9.2.1 渐晕 426
9.2.2 景深和焦深 428
9.2.3 几个特殊光学系统的光阑的作用 432
9.3 像差基本概念 434
9.3.1 像差的描述和分类 434
9.3.2 球差 435
9.3.3 彗差 436
9.3.4 像散 437
9.3.5 场曲 439
9.3.6 畸变 440
9.3.7 位置色差(轴向色差) 441
9.3.8 倍率色差(垂轴色差) 442
9.4 光学系统中一般光路计算 443
9.4.1 光学系统计算光路的分类 443
9.4.2 光学系统近轴光线的光路计算 443
9.4.3 光学系统子午面内光线的光路计算 444
9.4.4 沿轴外物点主光线细光束的光路计算 446
9.5 光学系统设计软件——ZEMAX简介 448
9.5.1 ZEMAX基本概况 449
9.5.2 ZEMAX设计环境 450
9.5.3 光学系统结构的设定 451
9.5.4 光学系统成像的分析 454
9.5.5 光学系统结构的优化 455
例题 456
习题 458
第10章 光学仪器的基本原理 459
10.1 光辐射基本概念和规律 459
10.1.1 光辐射基本物理量 459
10.1.2 光源直接照射表面时的光照度(距离平方反比定律) 464
10.1.3 光亮度的传递规律 465
10.2 眼睛 467
10.2.1 眼睛的结构 467
10.2.2 眼睛的调节和适应 468
10.2.3 眼睛的缺陷与校正 468
10.2.4 眼睛的分辨率 469
10.3 放大镜 470
10.3.1 视角放大率 470
10.3.2 放大镜的视角放大率 471
10.3.3 放大镜的光束限制 472
10.4 显微镜 472
10.4.1 显微镜的结构及其成像 472
10.4.2 显微镜的分辨率 473
10.4.3 显微镜的视角放大率 474
10.4.4 显微镜的聚光本领 475
10.4.5 显微镜的光束限制 476
10.5 望远镜 476
10.5.1 望远镜的结构 476
10.5.2 望远镜的分辨率 477
10.5.3 望远镜的放大本领 478
10.5.4 望远镜的聚光本领 479
10.6 物镜和目镜 480
10.6.1 显微镜的物镜 480
10.6.2 望远镜的物镜 482
10.6.3 目镜 484
例题 486
习题 491
部分习题参考答案 492
参考文献 500
· · · · · · (收起)