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出版者:北京师范大学出版社

作者:[日] 小出昭一郎

出品人:

页数:0

译者:鲍重光

出版时间:1989

价格:1.40元

装帧:

isbn号码:9787303004287

丛书系列:理论物理基础系列教程

图书标签:

• 物理
• 分析力学
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波动光学：光的传播与干涉 图书简介 本书名称： 波动光学：光的传播与干涉 作者： [此处应填写作者姓名] 出版信息： [此处应填写出版社和出版年份] --- 第一部分：光的本质与波动理论的建立 第一章：引言：从几何光学到波动光学 本书伊始，我们将深入探讨人类对光现象认识的演变历程。从古希腊时期对光线沿直线传播的直观认识，到牛顿时代建立的微粒说，我们回顾了早期光学理论的辉煌成就及其在解释反射和折射等现象上的成功。然而，随着诸如衍射和干涉等实验现象的发现，微粒说的局限性日益凸显。本章将系统介绍惠更斯原理，作为波动光学的理论基石，并阐述光的波动性的实验证据，如托马斯·杨的双缝实验，从而确立本书研究的理论框架——光是一种横波。 第二章：电磁场的复兴与麦克斯韦方程组 波动光学的真正基石，是建立在经典电磁理论之上的。本章聚焦于詹姆斯·克拉克·麦克斯韦所建立的宏伟理论体系。我们将详细推导麦克斯韦方程组在真空及介质中的形式，并着重分析这些方程如何自然地预言了电磁波的存在，以及电磁波的速度恰好等于当时测得的光速。重点讨论电磁场横波的特性，包括电场 $mathbf{E}$ 和磁场 $mathbf{H}$ 的相互垂直关系，以及波的传播方向。通过分析波在理想介质中的传播，为后续讨论光的传播特性奠定坚实的数学和物理基础。 第三章：单色平面波的描述与相位关系 在本章中，我们将进入对具体波动的数学描述。对于理想的、无限延伸的单色平面波，我们将采用正弦函数来描述其空间和时间上的变化。详尽阐述波函数的形式：$mathbf{E}(mathbf{r}, t) = mathbf{E}_0 cos(mathbf{k} cdot mathbf{r} - omega t + phi_0)$。核心概念包括波数 $k$、角频率 $omega$、波速 $v$ 与它们之间的关系 $v = omega/k$。我们将花费大量篇幅解释“相位”和“相位差”的概念，这是理解干涉现象的关键。通过对平面波在不同方向传播的分析，引出波矢 $mathbf{k}$ 的方向性，并讨论波的偏振态——尽管偏振将在后续章节深入探讨，但本章会作为基础引入垂直偏振和水平偏振的概念。 第四章：光在界面上的反射与折射 光线从一种介质进入另一种介质时，其传播方向和强度的变化是光学研究的传统课题。本章将严格地从电磁场边界条件出发，推导斯涅尔定律（折射定律）和反射定律。关键在于应用电磁场的切向和法向分量在界面处的连续性假设。在此基础上，我们将引入菲涅耳公式（Fresnel Equations），该公式精确描述了在不同偏振方向（s 偏振和 p 偏振）下，反射波和透射波的振幅与入射波振幅之间的关系。我们还将探讨全反射现象的条件，并简要介绍泽尼克（Zernike）对光波振幅和能量的精确处理。 --- 第二部分：干涉现象的定量分析 第五章：光程与干涉的几何条件 干涉是波动光学的核心体现。本部分将从相干性的角度出发，探讨干涉现象得以产生的基本前提。首先定义“相干性”，区分时间相干性和空间相干性。然后，引入“光程”和“程差”的概念，将几何路径长度转换为光波相位差的物理量。对于双光束干涉，我们将分析当两束光波的相位差 $Delta phi$ 满足特定条件时，形成的明纹（相长）和暗纹（相消）的条件：$Delta phi = 2mpi$ (相长) 和 $Delta phi = (2m+1)pi$ (相消)。 第六章：双缝干涉（杨氏实验）的深入分析 杨氏双缝实验是演示光干涉效应的典范。本章将采用惠更斯子波的原理，从两个相干点源出发，推导屏幕上任意一点的合成振幅。重点推导干涉条纹的间距公式 $Delta x = lambda D / d$，并讨论影响条纹清晰度和间距的各种因素，包括缝的宽度、光源的尺寸、光束的单色性以及观察屏与缝屏之间的距离。我们将详细分析条纹的可见度（Visibility），作为衡量干涉质量的定量指标。 第七章：薄膜干涉：牛顿环与迈克耳孙干涉仪 薄膜干涉是理解光程变化的另一个重要应用。本章将集中讨论平行薄膜和楔形薄膜的干涉现象。重点分析薄膜的反射和透射光束之间的光程差，并必须精确考虑光在折射率界面处反射时产生的 $pi$ 相位突变。牛顿环的形成机理将作为平行薄膜干涉的经典案例进行细致的几何和光学分析。随后，我们将转向迈克耳孙干涉仪，阐述其结构、工作原理以及在测量波长、光速变化和检偏器中的应用，这体现了干涉仪在精密测量中的巨大价值。 第八章：多束干涉：格雷戈里级数与法布里-珀罗标准具 当干涉光源不止两个，而是多于两个（例如，光在两个高反射率平行表面之间多次反射形成）时，我们进入多束干涉的范畴。本章专门研究法布里-珀罗（Fabry-Pérot）干涉现象。我们将推导出多束干涉的强度分布公式，并解释该分布的尖锐程度（半峰全宽）与反射系数的关系。重点讨论法布里-珀罗标准具作为高分辨率光谱仪的核心部件，如何利用其极窄的透射峰来区分非常接近的光谱线。 --- 第三部分：光的衍射现象与分辨率 第九章：夫琅禾费衍射：单缝与圆孔 衍射是波动光学的另一重要支柱。本章首先界定夫琅禾费衍射（远场衍射）的条件。我们将使用惠更斯-菲涅耳原理和严格的积分方法，推导单缝衍射的强度分布公式 $I( heta) = I_0 left( frac{sin alpha}{alpha} ight)^2$，并详细分析主极大和旁极大之间的关系，以及衍射极小值的角度条件。随后，我们将分析圆孔衍射的艾里斑（Airy Pattern），并探讨衍射斑纹的几何特性。 第十章：衍射光栅与色散 衍射光栅是利用多缝衍射原理实现光谱分离的关键元件。本章将推导衍射光栅的强度分布，并重点分析其主极大出现的位置条件 $d sin heta_m = mlambda$。核心概念包括光栅方程、色散关系（$frac{d heta}{dlambda}$）以及分辨本领（$R = mN$，其中 $N$ 为刻线数）。我们将区分不同级的衍射光谱，并讨论“缺级”现象的物理成因。 第十一章：衍射与分辨率的极限 衍射现象直接决定了任何光学系统的成像极限。本章讨论阿贝（Abbe）衍射理论和瑞利判据（Rayleigh Criterion）。我们将应用圆孔衍射的结果，严格论证在有限孔径下，光学系统对两个点光源的分辨能力所受到的不可避免的衍射限制。通过引入数值孔径（NA）的概念，量化描述显微镜和望远镜等成像系统的实际分辨率上限。 第十二章：菲涅耳衍射与近场分析 与夫琅禾费衍射相对，本章转向菲涅耳衍射（近场衍射）的分析。我们将引入菲涅耳半波带概念，并阐述如何通过分析障碍物边缘附近的波前遮挡来预测光强分布。通过对不同几何形状的障碍物（如半平面、小圆孔）的菲涅耳衍射图样的分析，展示波动光学如何精确描述光波在接近源或障碍物时的复杂行为。 --- 结语：当代光学的前沿展望 本书总结了经典波动光学的核心内容，从光的波动本质的建立到干涉、衍射等现象的定量描述。最后，我们将简要展望现代光学领域，包括偏振态的精确控制、非线性光学现象的初步概念，以及光子学与波动光学在信息传输中的新兴作用，为读者在经典理论基础上的进一步探索指明方向。本书力求严谨的数学推导与清晰的物理图像相结合，确保读者能够扎实掌握光的波动特性。

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**第一段评价：** 这本书的深度和广度着实令人惊叹。作者在阐述理论基础时，那种由浅入深的逻辑推导简直是艺术品。我尤其欣赏它在处理复杂系统时的那种严谨和系统性。初读时，某些章节的确需要反复琢磨，但一旦攻克，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。它不仅仅是罗列公式，更像是在引导你构建一个全新的、更强大的思维框架来审视物理世界。书中对拉格朗日量和哈密顿量的引入和应用，处理得细腻而到位，为理解经典力学的精髓提供了坚实的基础。对于有一定物理学背景的读者来说，这本书无疑是提升对力学理解层次的绝佳阶梯，它要求读者投入时间，但回报是巨大的知识体系的重塑。

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**第三段评价：** 我之前看过的几本相关著作，大多要么过于侧重数学推导，读起来像在啃一本高级微积分教材，要么又过于简略，很多关键步骤一带而过，让人如坠云里雾里。但这本教材找到了一个近乎完美的平衡点。它在保持理论完整性的同时，对那些容易产生学习障碍的知识点进行了非常人性化的讲解。比如，在讨论约束力和广义坐标选择时，作者的旁注和注释部分提供了很多独到的见解，这些往往是课堂讲义或普通参考书里找不到的“经验之谈”。这本书真正做到了“授人以渔”，它教你如何去思考力学问题，而不是简单地套用公式解决特定的问题集。

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**第二段评价：** 说实话，我是在朋友的强烈推荐下翻开这本书的，最初有些担心它会过于艰涩难懂，毕竟涉及的数学工具不少。然而，这本书的叙述风格却出乎意料地清晰流畅。它并没有因为追求数学上的严密性而牺牲物理直觉的培养。作者总能巧妙地在抽象的符号运算与具体的物理图像之间架起一座桥梁。每引入一个新概念，都会配以详尽的例子来佐证其物理意义，这一点对于我们这些更注重“为什么”而不是“是什么”的学习者来说，至关重要。这本书的排版和图示也做得非常考究，使得长时间阅读后眼睛的疲劳感相对较低，这在厚重的物理教材中实属难得的优点。

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**第五段评价：** 坦白说，这本书的定价偏高，但翻阅完前三分之一后，我完全觉得物有所值。它不是那种“速成”读物，更像是一本可以伴随研究生涯的工具书和案头参考。它的价值不在于你一次能吸收多少内容，而在于它提供的框架和视角，能让你在未来面对更复杂的物理问题时，能够迅速定位到最有效的分析工具。作者在选材上的取舍也非常精妙，既没有陷入早期理论的繁琐细节，也没有过早跳跃到量子力学的范畴，而是将经典力学的美感和威力展现得淋漓尽致，尤其是在处理振动和散射问题时，那种优雅的解法令人叹服。

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**第四段评价：** 这本书给我的整体感受是，它构建了一个坚不可摧的理论堡垒。它的结构安排极具匠心，从基础的变分原理出发，层层递进，最终构建起一个宏大而统一的力学描述体系。我发现自己对能量守恒、动量守恒这些基本概念有了更深刻的、基于更深层次数学结构的理解。很多原本觉得理所当然的物理结论，通过这本书的推导，展现出了其内在的必然性和美感。虽然阅读过程需要保持高度的专注力，尤其是在涉及泊松括号和正则变换的部分，但作者在引入这些工具时，总是先给出清晰的动机和物理背景，有效缓解了读者面对高深数学时的畏惧感。

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分析力学是数学化描绘系统的，一般性的，非力学研究对象；拉格朗日的意义就是只要选取合适的坐标，在此之后就可以机械运算。这是一套非常好的物理系列.写作细致，适合入门时候的精读

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