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《大学物理(下册)》是编者结合自己多年使用的多媒体课件编写的。《大学物理(下册)》强调物理知识介绍的系统性、内容的可读性并力求简单明了的编写风格。《大学物理(下册)》每一章的最前面都给出了学习建议，可以帮助读者学习；每一章的最后面都有“知识扩展”、“历史连接”或“实验连接”，开阔读者视野；习题只给出了最基本的要求题目，力求少而精，针对性强，并给出复习简表。全书分为23章，上下两册，《大学物理(下册)》是下册。
现代光学导论：从波动理论到量子现象的探索 本书特色： 本书旨在为物理学、工程学及相关专业的高年级本科生和研究生提供一套系统而深入的光学知识体系。不同于侧重经典几何光学或仅作表面介绍的教材，本导论将焦点置于现代光学的核心——电磁波理论，并以此为基础，严谨推导出光与物质相互作用的量子化描述。内容覆盖了从麦克斯韦方程组在介质中的应用，到激光、非线性光学和量子光学的前沿概念。 第一部分：经典电磁场与光的本质 (Foundations of Classical Electromagnetism and Light) 本部分奠定整个光学理论的数学与物理基础。我们首先回顾并深入探讨麦克斯韦方程组在真空和各向同性、线性、均匀介质中的形式。重点分析了平面电磁波的传播特性，包括波的相速度、群速度、波阻抗以及波在不同介质界面上的反射与折射规律。 1.1 场方程的深入分析： 详细推导并讨论了波方程的起源，区分了瞬时场与平均场描述。引入坡印廷矢量，对光的能量流动和动量进行精确量化，为后续的辐射压强计算打下基础。 1.2 菲涅尔公式与偏振态： 详尽推导出描述电磁波在平面界面处传播的菲涅尔反射与透射系数。深入探讨了光的偏振态，从线偏振、圆偏振到椭圆偏振的数学描述，并引入琼斯矩阵方法处理复杂的偏振变换。讨论了布鲁斯特角和全内反射的物理机制。 1.3 介质中的光传播： 考察光在具有损耗（吸收）和色散（频率依赖的折射率）介质中的传播特性。引入复折射率的概念，解释了光在金属和电介质中传播的差异。 第二部分：几何光学与衍射理论的精确衔接 (Bridging Geometrical Optics and Diffraction) 本部分致力于弥合传统几何光学（光线概念）与波动光学（波前概念）之间的鸿沟，并通过严谨的数学工具展示衍射现象的必然性。 2.1 几何光学的波动理论基础： 从费马原理出发，引入光程函数，并将其与电磁波的相位联系起来，展示几何光学作为波动的短波长极限是如何自然产生的。 2.2 夫琅禾费衍射的精确分析： 详细分析单缝、多缝、圆孔等典型孔径下的夫琅禾费衍射图样。利用傅里叶变换的性质，清晰揭示了孔径函数与其傅里叶变换（即衍射场）之间的深刻关系。 2.3 菲涅尔衍射与近场描述： 针对观察屏距离孔径较近的情况，系统阐述菲涅尔衍射的数学处理方法，如菲涅尔波带法。着重讨论了菲涅尔衍射在成像系统中的意义，以及如何通过角谱传播方法 (Angular Spectrum Method) 实现精确的近场到远场的传播计算。 第三部分：干涉现象的精细化研究 (Advanced Study of Interference Phenomena) 本部分超越了双缝干涉的基础范畴，聚焦于高分辨率干涉仪的设计原理、实际应用以及干涉仪在测量中的局限性。 3.1 相干性理论： 严格区分空间相干性和时间相干性。引入自相关函数和互相关函数来量化光场的相干性，解释了部分相干光场的干涉条纹对比度下降的物理根源。 3.2 经典干涉仪的性能分析： 对迈克尔逊干涉仪、萨尼亚克干涉仪（惯性导航基础）和法布里-珀罗干涉仪 (FPI) 进行深入分析。重点研究 FPI 的精细度（Finesse）与其透射光谱的锐利度之间的关系，并探讨其在光谱分析中的应用。 3.3 全息术的基础： 引入全息记录的基本原理，解释记录全息图时参考光和物光波前的叠加与干涉，以及如何通过再现光场恢复三维信息。 第四部分：光的散射与辐射 (Scattering and Radiation of Light) 本部分探讨光子与物质粒子的相互作用，特别是散射过程的频率和角度依赖性。 4.1 Rayleigh 与 Mie 散射： 详细推导瑞利散射（适用于远小于波长的粒子，如大气分子散射蓝光）的强度与频率关系。随后，引入更通用的米氏散射理论，分析当散射粒子尺寸与波长相当或更大时的复杂散射模式，这对于气溶胶和云层光学特性至关重要。 4.2 散射的频率偏移： 阐述拉曼散射和布里渊散射的物理机制，解释了入射光频率与散射光频率之间由物质激发能级或声子决定的微小偏移。 4.3 光的辐射压力： 结合第二部分对能量流的分析，系统计算光子与物体相互作用产生的辐射压力，并讨论其在太空推进技术中的潜在应用。 第五部分：导波光学与激光原理 (Guided Wave Optics and Laser Physics) 本部分转向光的空间受限传播及其在相干光源——激光器中的应用。 5.1 导波理论基础： 运用波动方程的边界条件分析平板波导和圆介质波导（光纤）中的模式（TE, TM, HE, EH 模式）。详细讨论模式截止条件、有效折射率和色散关系，这是光通信技术的基础。 5.2 激光器的核心概念： 深入剖析受激辐射、粒子数反转、阈值条件等激光工作原理。重点分析了谐振腔的模式结构（纵模和横模），以及如何通过腔体设计实现单模操作。 5.3 激光器的输出特性： 探讨不同泵浦源和增益介质（如固体激光器、半导体激光器）的特性。分析激光束的空间高斯分布，并推导其衍射限制的最小发散角。 第六部分：非线性光学与量子光学前沿 (Frontiers in Nonlinear and Quantum Optics) 本部分作为对现代光学前沿的展望，引入了处理强光与物质相互作用的非线性效应和量子化的光场描述。 6.1 非线性光学效应： 当光场强度足够高时，介质的极化率不再是线性的。本章详述二次谐波产生 (SHG)、和频/差频产生 (SFG/DFG) 的过程，及其对光频率倍增的应用。讨论自相位调制 (SPM) 和克尔透镜效应。 6.2 量子场论的初步接触： 从光子的概念出发，引入光场量子化的基本框架。简要介绍光子数态和相干态的数学描述，为理解量子噪声和量子信息奠定基础。 6.3 量子光学实例： 探讨量子光学在精密测量中的意义，如压缩态光 (Squeezed Light) 如何用于降低标准量子极限（SQL）下的测量噪声。 本书在每一章节后都配有大量的例题和具有挑战性的习题，旨在培养读者将理论模型应用于复杂实际问题的能力。通过对这些内容的系统学习，读者将不仅掌握经典光学的完备工具，更能理解现代光子技术背后的基本物理原理。
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