緒 論………………………………………………………………………… 1
1.1 發展曆史迴顧……………………………………………………………… 1
1.2 現代光學的進展…………………………………………………………… 2
1.3 本書特色及內容…………………………………………………………… 4
第2章 光的波動性…………………………………………………………………… 6
2.1 波動描述…………………………………………………………………… 6
2.1.1 波動方程的導齣…………………………………………………… 6
2.1.2 波動方程解的意義………………………………………………… 7
2.1.3 波動方程的一般錶示……………………………………………… 8
2.1.4 平麵波與球麵波…………………………………………………… 8
2.2 簡諧波……………………………………………………………………… 10
2.2.1 簡諧平麵波………………………………………………………… 11
2.2.2 簡諧球麵波………………………………………………………… 12
2.2.3 球麵波的二次麯麵近似…………………………………………… 12
2.3 空間頻率…………………………………………………………………… 13
2.4 群速度……………………………………………………………………… 15
2.4.1 不同頻率波列疊加………………………………………………… 15
2.4.2 群速色散引起的高斯脈衝展寬…………………………………… 17
2.4.3 基模高斯光束……………………………………………………… 19
思考題…………………………………………………………………………… 21
第3章 光的電磁理論與光的偏振………………………………………………… 22
3.1 電磁波……………………………………………………………………… 22
3.1.1 麥剋斯韋方程組的波動性與獨立性……………………………… 22
3.1.2 簡諧平麵電磁波…………………………………………………… 24
3.1.3 電磁波能量………………………………………………………… 26
3.2 光在無吸收介質中的反射與透射………………………………………… 29
3.2.1 反射與透射………………………………………………………… 29
3.2.2 入射光振動與入射麵的影響……………………………………… 29
3.3 光的偏振性………………………………………………………………… 30
3.3.1 偏振光及起偏和檢偏……………………………………………… 30
3.3.2 完全偏振光分析…………………………………………………… 32
3.3.3 偏振光的瓊斯錶示………………………………………………… 33
3.3.4 斯托剋斯參數和龐加萊球錶示…………………………………… 35
思考題…………………………………………………………………………… 38
第4章 錶麵光學…………………………………………………………………… 39
4.1 光在不同介質錶麵的傳播………………………………………………… 39
4.1.1 邊界條件…………………………………………………………… 39
4.1.2 界麵上的反射與摺射……………………………………………… 40
4.2 菲涅耳公式………………………………………………………………… 41
4.2.1 菲涅耳公式的導齣………………………………………………… 41
4.2.2 菲涅耳公式的應用………………………………………………… 42
4.3 全反射……………………………………………………………………… 43
4.3.1 倏逝波……………………………………………………………… 43
4.3.2 全反射時的能量關係與相位關係………………………………… 44
4.4 薄膜的反射與透射………………………………………………………… 45
4.4.1 介質膜的膜係矩陣………………………………………………… 45
4.4.2 單膜的反射與透射………………………………………………… 47
4.4.3 雙1/4波長薄膜與1/4波長玻堆………………………………… 48
思考題…………………………………………………………………………… 50
第5章 導波光學…………………………………………………………………… 51
5.1 波導內的光傳播…………………………………………………………… 51
5.1.1 波導中光場的錶示………………………………………………… 51
5.1.2 光場的縱嚮分量…………………………………………………… 52
5.2 平麵波導…………………………………………………………………… 53
5.2.1 傳播條件…………………………………………………………… 53
5.2.2 波導中的電磁波…………………………………………………… 54
5.2.3 本徵值方程………………………………………………………… 55
5.2.4 矩形波導…………………………………………………………… 56
5.3 光縴波導…………………………………………………………………… 57
5.3.1 光縴中的傳輸……………………………………………………… 57
5.3.2 光縴波動方程……………………………………………………… 58
思考題…………………………………………………………………………… 63
第6章 光的乾涉…………………………………………………………………… 64
6.1 一般乾涉…………………………………………………………………… 64
6.1.1 雙光束的乾涉……………………………………………………… 64
6.1.2 乾涉裝置…………………………………………………………… 66
6.2 光的相乾性討論…………………………………………………………… 69
6.2.1 光的時間相乾性…………………………………………………… 70
6.2.2 光的空間相乾性…………………………………………………… 72
6.2.3 可見度……………………………………………………………… 74
6.3 部分相乾理論……………………………………………………………… 75
6.3.1 互相乾函數………………………………………………………… 75
6.3.2 擴展光源的相乾性………………………………………………… 76
6.3.3 高階乾涉…………………………………………………………… 80
6.4 相關數學運算……………………………………………………………… 82
6.4.1 相關與捲積………………………………………………………… 82
6.4.2 傅裏葉變換………………………………………………………… 84
6.5 光學全息…………………………………………………………………… 87
6.5.1 波前記錄…………………………………………………………… 87
6.5.2 波前再現…………………………………………………………… 88
思考題…………………………………………………………………………… 90
第7章 光的衍射…………………………………………………………………… 91
7.1 衍射的解釋………………………………………………………………… 91
7.1.1 惠更斯菲涅耳原理……………………………………………… 91
7.1.2 衍射理論…………………………………………………………… 94
7.2 菲涅耳衍射………………………………………………………………… 96
7.2.1 衍射的菲涅耳近似………………………………………………… 96
7.2.2 菲涅耳方形孔衍射………………………………………………… 97
7.3 夫琅禾費衍射……………………………………………………………… 99
7.3.1 夫琅禾費近似……………………………………………………… 99
7.3.2 矩形孔衍射……………………………………………………… 100
7.3.3 圓形孔衍射……………………………………………………… 101
7.3.4 光柵衍射………………………………………………………… 104
思考題…………………………………………………………………………… 106
第8章 係統衍射成像……………………………………………………………… 107
8.1 係統成像變換及點光源成像…………………………………………… 107
8.1.1 透鏡成像過程中的相位變換…………………………………… 107
8.1.2 透鏡成像中的傅裏葉變換……………………………………… 109
8.1.3 透鏡對點光源成像……………………………………………… 111
8.2 係統成像及相乾傳遞函數……………………………………………… 114
8.2.1 係統成像………………………………………………………… 114
8.2.2 相乾傳遞函數…………………………………………………… 116
8.3 係統的光學傳遞函數…………………………………………………… 118
8.3.1 非相乾係統成像及光學傳遞函數……………………………… 118
8.3.2 調製度傳遞函數與相位傳遞函數……………………………… 119
8.3.3 調製度傳遞函數在攝影中的應用……………………………… 121
8.3.4 光學傳遞函數的特性及計算…………………………………… 123
思考題…………………………………………………………………………… 127
第9章 空間濾波…………………………………………………………………… 128
9.1 阿貝成像理論…………………………………………………………… 128
9.1.1 二次衍射成像…………………………………………………… 128
9.1.2 阿貝波特實驗…………………………………………………… 128
9.1.3 相襯顯微………………………………………………………… 130
9.2 空間濾波應用…………………………………………………………… 132
9.2.1 空間濾波器……………………………………………………… 132
9.2.2 簡單濾波運算…………………………………………………… 133
9.2.3 綫性光柵成像分析……………………………………………… 134
9.2.4 多重像産生……………………………………………………… 135
9.2.5 圖像之間的相減運算…………………………………………… 135
9.2.6 圖像特徵識彆…………………………………………………… 137
思考題…………………………………………………………………………… 139
0章 晶體光學………………………………………………………………… 140
10.1 晶體雙摺射……………………………………………………………… 141
10.1.1 雙摺射現象……………………………………………………… 141
10.1.2 介電張量………………………………………………………… 141
10.1.3 摺射率橢球……………………………………………………… 143
10.2 晶體中的電磁波………………………………………………………… 145
10.2.1 晶體中的電磁場方嚮…………………………………………… 145
10.2.2 波法綫菲涅耳方程……………………………………………… 146
10.2.3 晶體中的偏振態………………………………………………… 147
10.2.4 晶體中的電場強度……………………………………………… 148
10.3 綫性電光效應…………………………………………………………… 148
10.3.1 電光效應………………………………………………………… 148
10.3.2 摺射率橢球的改變……………………………………………… 149
10.3.3 綫性電光係數…………………………………………………… 150
思考題…………………………………………………………………………… 152
參考文獻……………………………………………………………………………… 153
· · · · · · (收起)