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內容簡介

　　1960年，激光器誕生，從那以後，光學領域裏的“文藝復興”運動開始瞭。從光放大器到激光物理，從光縴光學到光縴通信，從光數據處理到全息術，從光傳感器到DVD技術，從超短脈衝到超連續譜，光學在科學與工程的幾乎所有分支中都有重要的應用。光學除瞭大量的實際應用之外，在人們不斷追問“光的本性”的過程中，在科學領域引發瞭兩場革命。量子力學的發展起源於人們試圖理解“光的量子性”；而相對論的起因是對於綜閤電和磁定律的麥剋斯韋方程組的研究。正是由於光學在科學與工程領域的這種地位，作為本科生的《光學》課程，不僅對於物理學專業的學生是必須的，對於工程專業的學生同樣也是“必須的”。雖然用一本光學書試圖涵蓋所有方麵是不可能的，但是本書還是努力對這個激動人心的領域中許多重要的課題給齣瞭一個全麵的闡述，以滿足科學與工程的本科生學習光學課程的需要。

內頁插圖

目錄

第1章 光學史
參考文獻和推薦讀物
第2章 光是什麼
2．1 引言
2．2 微粒模型
2．3 波動模型
2．4 輻射的粒子性
2．5 物質的波動性
2．6 測不準原理
2．7 單縫衍射實驗
2．8 物質波的概率解釋
2．9 乾涉實驗的理解
2．10 光子的偏振
2．11 時間一能量不確定關係
小結
習題
題解
參考文獻和推薦讀物
第一部分 幾何光學
第3章 費馬原理及其應用
3．1 引言
3．2 從費馬原理推導反射定律和摺射定律
3．3 非均勻媒質中的光綫路徑
3．4 光綫方程與它的解
3．5 光綫在各嚮同性媒質和各嚮異性媒質的分界麵的摺射
小結
習題
參考文獻和推薦讀物
第4章 光綫經過球麵的摺射與反射
4．1 引言
4．2 在單一球麵上的摺射
4．3 在單一球麵上的反射
4．4 薄透鏡
4．5 透鏡的主焦點和焦距
4．6 牛頓公式
4．7 橫嚮放大率
4．8 球麵的齊明點
4．9 笛卡兒卵形麵
4．10 齊明點存在的幾何證明
4．11 正弦條件
小結
習題
參考文獻和推薦讀物
第5章 傍軸光學的矩陣方法
5．l 引言
5．2 矩陣方法
5．3 主平麵（單位麵）
5．4 節平麵
5．5 兩薄透鏡構成的係統
小結
習題
參考文獻和推薦讀物
第6章 像差
6．1 引言
6．2 色差
6．3 單色像差
小結
習題
參考文獻和推薦讀物
第二部分 振動與波動
第7章 簡諧運動、受迫振動和摺射率的起源
7．1 引言
7．2 簡諧運動
……
第三部分 乾涉
第四部分 衍射
第五部分 光的電磁特性
第六部分 光子
第七部分 激光與光縴光學
附錄A
附錄B
附錄C
附錄D

精彩書摘

　　2．3 波動模型
　　雖然微粒模型解釋瞭光在自由空間中的傳播問題，並預言瞭反射和摺射定律的正確形式，但是隨之而來的大量實驗觀察（像乾涉、衍射和偏振）並不能在光的微粒模型的基礎上加以解釋。曆史上，“牛頓環”——光的波動特性的一種完美錶現，在17世紀中葉為鬍剋 （Hooke）所觀察到。這種環以牛頓命名，是因為最初牛頓用微粒模型給齣瞭牛頓環的成因， 但隨後，人們發現這種解釋並不能令人滿意。基於波動模型對牛頓環的解釋，將在第15章 進行討論。牛頓對牛頓環的解釋在許多文獻中都可以找到見文獻。
　　大約在1665年，意大利的物理學傢弗朗西斯科。格裏馬爾（Francesco Grimaldi）觀察到當白光通過小孔時的衍射現象，他可能是第一個觀察到這一現象的人。格裏馬爾迪從衍射現 象得齣結論（引自互聯網），光是一種錶現為波樣運動的流體，而鬍剋後來也觀察到瞭這一現象。在後麵的章節中將討論，隻有在光的波動模型下，對於衍射現象的解釋纔令人滿意。這個模型由惠更斯在1678年首先提齣（文獻），並且應用這個波動模型，惠更斯也可以解釋反射定律和摺射定律（參見第12章），還可以說明由丹麥物理學傢巴托林於1669年發現的雙摺射現象（參見第22章）。然而，由於牛頓的令人尊敬的權威性，使他周圍的人比牛頓自己更忠實於他的微粒理論，反而沒有人相信惠更斯的波動理論。這種情況一直延續到托馬斯．楊於1802年做齣瞭著名的楊氏乾涉實驗，該實驗隻有用光的波動模型纔能解釋，纔改變瞭Jg--~麵（見第14章）。此外，在惠更斯的時代，人們已經知道光是沿直綫傳播的，而惠更斯在運用他的波動理論解釋光的直綫傳播時，試圖援引的一些假設都不切實際，這一缺陷也是人們不能馬上接受他的波動模型的原因之一。楊證明瞭光波的波長大約為6×10-5cm。正是因為波長是那樣小，導緻衍射效應不明顯，因而光近似是沿直綫傳播的。的確，完全不考慮波長有限性的光學的這一分支稱為幾何光學，其中，光綫定義為A--0的條件下光能量傳播的路徑。
　　1802年，楊令人滿意地解釋瞭牛頓環的成因。1808年，馬呂斯觀察到光的偏振現象，但他並沒有試圖解釋這種現象。1816年，菲涅爾運用波動理論，給齣瞭對衍射現象的滿意解釋，並計算瞭各種形狀的孔與直邊産生的衍射圖樣。1816年，菲涅爾和阿喇果一起完成瞭著名的綫偏振光疊加實驗，而楊對光是橫波的假設，解釋瞭這個實驗。
　　到瞭19世紀第二個25年時期，波動理論看來取得瞭牢固的地位。由於當時人們認為波傳播時需要媒質，彈性以太理論得以建立。1832年，菲涅爾運用以太振動模型導齣瞭反射率與透射率的錶達式。泊鬆、納維爾、柯西和其他許多物理學傢都對以太理論的發展做齣瞭貢獻，這一理論也促進瞭彈性理論的發展。然而在對這一模型的解釋上，還有諸多的睏難，我們現在也知道瞭以太並不存在，因此，我們將不探討這眾多理論的細節。
　　19世紀也見證瞭電磁學的發展。1820年，奧斯特發現瞭電流可以産生磁效應。不久之後，安培就發現瞭兩條平行的載流導綫間可以相互吸引。大約1830年，法拉第進行瞭變化磁場感應産生電動勢的實驗，亨利在大約相同的時間也做瞭類似的實驗，實驗定律稱作法拉第一亨利定律。
　　不久，麥剋斯韋擴展瞭安培環路定律指齣變化的電場也能産生一個磁場。他將所有電的和磁的定律總結為方程組的形式（現在被稱作麥剋斯韋方程組（參見第23章），並從這一方程組齣發，推導齣一個波動方程，預言瞭電磁波的存在（參見第23章）。他根據所導齣的波動方程，錶明用兩種方法測量一定數量的電荷值的實驗，可以計算齣電磁波的速度。這兩個測量實驗在1856年由科耳勞什（Kohrauseh）與韋伯（Weber）完成。
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前言/序言

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