光学基础教程 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:中国科学技术大学出版社作者:崔宏滨出品人: 页数:0 译者: 出版时间:2013 价格:63.00元装帧:平装 isbn号码:9787312033124 丛书系列:

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具体描述

本书对几何光学和波动光学的理论体系作了较全面的阐述，并对光的量子性作了初步的介绍。全书以光与物质相互作用的实验事实为基础，从光的物理模型出发，对光学的现象和规律作了较全面的讨论，并介绍了光学的发展及其在各个领域中的应用。对于光学中重要的物理概念和实验现象，推导严谨，论述详细。为了使读者能够掌握处理光学问题的方法，本书附有较多的例题和习题。

本书可作为理工科以及师范院校物理学专业的本科生教材，也可供理工科非物理学有关专业的学生使用。

好的，这是一本内容涵盖了电磁波理论、波动光学、几何光学、量子光学等多个领域的《现代物理光学导论》的详细图书简介。 --- 现代物理光学导论（一本深入探索光与物质相互作用、从经典到前沿的综合性教材）绪论：光学的新纪元光学，这门古老而又充满活力的学科，正处于一个前所未有的发展阶段。从精确的激光技术到纳米尺度的光子操纵，再到宇宙深处的引力波观测，光无处不在，驱动着现代科学与工程的进步。《现代物理光学导论》旨在为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，理解光的本质、传播规律及其在宏观与微观世界中的复杂行为。本书不仅涵盖了经典光学（几何与波动）的严谨基础，更将读者引向量子光学、非线性光学以及光子学的前沿领域。本书的编写遵循“从基础到前沿，从宏观到微观”的逻辑链条，确保读者在掌握传统光学理论的同时，能够理解当代物理研究热点背后的核心原理。第一部分：电磁场与光的本质（奠定理论基石）本部分专注于建立理解光现象所必需的数学和物理框架，即麦克斯韦方程组的物理意义及其在介质中的应用。 1. 麦克斯韦方程组的完备性与光速的起源：我们从考察真空中的电磁场行为入手，推导出光作为电磁波的基本性质。重点讨论了坡印廷矢量在描述能量流向中的关键作用，以及电磁场的边界条件如何决定光在不同媒质界面上的反射与折射规律。 2. 平面波与单色光场的描述：详细阐述了平面电磁波的复数表示法，引入了相位、波前和波数等核心概念。在此基础上，深入探讨了各向异性介质（如晶体）中的电磁场传播，特别是双折射现象的微观机制与数学描述，包括寻找主方向上的光线传播特性。 3. 场与物质的相互作用：本章剖析了电磁场与宏观物质的耦合。讨论了介电常数、磁导率的频率依赖性，导出了色散关系。此外，还严格推导了洛伦兹洛仑兹关系式和德拜公式，揭示了分子极化对宏观电磁响应的影响。对于金属等导电介质，详细分析了等离子体频率的概念及其对光吸收和反射的影响。第二部分：波动光学——光的干涉、衍射与偏振（揭示波的特性）波动光学是理解所有基于光场叠加现象的基础。本部分侧重于波动光学理论的严格应用，并结合现代光学系统的实际需求进行讲解。 4. 光的干涉理论：从相干性（时间相干性与空间相干性）的严格定义出发，系统地分析了杨氏双缝实验的精确解析解。随后，扩展到多光束干涉，深入研究了法布里-珀罗（F-P）腔的工作原理、精细度（Finesse）的计算及其在光谱分析中的应用。针对实际光源的不完美性，讨论了可见度函数的概念。 5. 衍射现象的精确分析：本章首先回顾了惠更斯-菲涅耳原理，并将其应用于夫琅禾费衍射（远场）和菲涅耳衍射（近场）。重点分析了单缝、圆孔、光栅的衍射图样。随后，引入傅里叶光学的概念，使用傅里叶变换工具来描述衍射过程，这为全息术和光学信息处理奠定了数学基础。 6. 偏振态与调制：偏振是光的矢量特性。本书从电场矢量的振动方向出发，定义了线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。使用琼斯矩阵和斯托克斯矢量对偏振态进行量化描述。详细讨论了波片（延迟片）的原理及其在改变偏振态中的应用，以及布儒斯特角和马吕斯定律在偏振光控制中的重要性。第三部分：几何光学与像形成（工程光学的基础）尽管几何光学是光学的早期模型，但它仍然是设计透镜、反射镜和光学仪器的基础。本部分强调光线传播的代数描述和成像系统的优化。 7. 几何光学基础与成像：基于费马原理，系统推导了斯涅尔定律。引入光线（Ray）的概念，使用矩阵光学（ABCD矩阵）来描述光线在任意复杂光学系统中的传播路径，特别是对于共轭点、焦距和放大率的计算。 8. 像差理论概述：认识到理想成像的局限性，本章侧重于分析五大几何像差：球差、彗差、像散、场曲和畸变。通过引入魏尔德图和波像差函数的概念，简要介绍了现代光学设计中如何通过优化镜组结构来校正这些像差。第四部分：量子光学与光物质相互作用（进入微观世界）现代光学研究的核心在于理解光子与原子、分子的微观相互作用。 9. 量子力学基础与光子概念：本书简要回顾了普朗克对黑体辐射的解释，引入光子的概念及其能量与动量。讨论了光电效应和康普顿散射，用以巩固光子作为量子实体的地位。 10. 原子能级与辐射过程：基于量子化的原子能级模型，详细分析了吸收、自发辐射和受激辐射这三种基本的光与物质相互作用过程。严格推导了爱因斯坦A、B系数之间的关系，为激光理论的建立打下坚实基础。 11. 激光原理：系统阐述了激光器的基本结构（增益介质、谐振腔、泵浦源）。重点解析了粒子数反转的物理条件，并深入讨论了阈值增益、模式竞争、腔内损耗等关键工程参数。对不同类型的激光器（如光纤激光器、半导体激光器）的工作特性进行了比较分析。第五部分：前沿与应用（光学的未来方向）本部分面向更深入的探索，介绍了非线性现象和新兴的光子技术。 12. 非线性光学导论：当光强足够大时，介质的极化响应不再是线性的。本章介绍了二阶非线性效应（如倍频、和频产生）和三阶非线性效应（如自聚焦、四波混频）的物理机制，以及它们在频率转换和超快光学中的应用。 13. 光子学与纳米光学：探讨了光在亚波长尺度下的行为。讨论了表面等离子体激元（SPP）、超材料（Metamaterials）的概念，以及光子晶体对光传播的周期性调制作用。这些内容是理解纳米光子器件和高密度信息处理技术的基础。 --- 本书特色：严谨的数学推导：强调物理图像与数学工具的结合，大部分核心公式均提供完整推导过程。深度与广度兼顾：平衡了经典光学（F-P干涉、衍射理论）的深度与现代光学（量子场、非线性）的广度。丰富的例题与习题：每章末尾配备了大量概念理解题和计算题，部分题目涉及实际工程中的参数设定。面向专业领域：本书不仅适合物理学、光学工程专业的高年级本科生和研究生，也适合需要深入理解光物理原理的电子工程、材料科学等相关领域的工程师和研究人员。《现代物理光学导论》致力于成为读者手中一本可靠的工具书和思想指南，帮助他们驾驭光——这个连接微观世界与宏观技术的桥梁。

作者简介

崔宏滨，1982年考入中国科学技术大学，1999年获得中国科学技术大学理学博士学位。现任教于中国科学技术大学物理学院，承担“光学与原子物理”“力学与热学”“固体物理学”等核心课程的本科教学工作，是学校重点培养的教学骨干，教学成果显著，曾获中国科学技术大学第六届“困学守望”杰出教学奖（2011年）、中国科学技术大学校友基金会优秀教学奖（2009年）、中国科学技术大学华为奖教金（2003年）。出版了《光学》（科学出版社）、《原子物理学》（中国科学技术大学出版社）等大学教材。

目录信息

总序(ⅰ)
前言(ⅲ)
第1章光线、光波与光量子

1.1光线与几何光学

1.1.1光线模型

1.1.2几何光学的实验定律

1.1.3费马原理

1.1.4光的全反射

1.1.5变折射率光学

1.2光波与波动光学

1.2.1光的电磁波模型

1.2.2光波场的周期性

1.2.3光波的传播

1.2.4矢量波与标量波

1.2.5光强

1.2.6光的多普勒效应

1.3光量子与量子光学

1.3.1黑体辐射

1.3.2光量子假说

1.3.3物质的波粒二象性

习题1
第2章光学成像

2.1成像的基本概念

2.1.1从盲人摸象说起

2.1.2光学成像的基本要素

2.1.3平面反射成像

2.1.4平面折射成像

2.2傍轴光线经球面折射成像

2.2.1单球面折射成像

2.2.2像的横向放大率

2.2.3焦平面

2.2.4几何光学的符号约定

2.2.5成像的作图法

2.3傍轴光经球面反射成像

2.3.1球面反射的物像公式

2.3.2球面镜成像的特点

2.3.3球面镜成像的作图法

2.4傍轴光经薄透镜成像

2.4.1薄透镜

2.4.2薄透镜成像的物像公式

2.4.3薄透镜成像的作图法

2.5透镜组成像

2.5.1透镜组成像的计算

2.5.2透镜组成像的作图

2.6焦距的实验测定

2.6.1正镜焦距的测量

2.6.2负镜焦距的测量

2.7非傍轴光成像

2.7.1透镜组的阿贝正弦条件

2.7.2球形齐明透镜与齐明点

2.7.3齐明透镜组

2.8理想共轴球面系统的成像

2.8.1理想光具组

2.8.2共轴球面系统的基点和基面

2.8.3共轴球面系统的物像关系

2.8.4基点和基平面的确定

2.9光线转换矩阵

2.9.1光线状态的矩阵表示

2.9.2成像矩阵的计算

习题2
第3章成像仪器

3.1光阑

3.1.1光阑与光瞳

3.1.2实际光学系统的光阑与光瞳

3.2像差

3.2.1球差

3.2.2慧差

3.2.3像散

3.2.4像场弯曲

3.2.5畸变

3.2.6色差

3.3眼睛

3.3.1眼睛的光学特性

3.3.2视力的矫正

3.4目镜

3.4.1放大镜

3.4.2显微镜和望远镜中的目镜

3.5物镜

3.5.1照相物镜

3.5.2显微物镜

3.6显微镜

3.6.1显微镜的结构

3.6.2显微镜的标志

3.7望远镜

3.8照相机

3.9光度学概论

3.9.1辐射通量与光通量

3.9.2发光强度和亮度

3.9.3照度

3.10物镜的聚光本领

3.10.1显微镜：光源较近

3.10.2望远镜与照相机：光源较远

习题3
第4章光波与物质的相互作用

4.1光波在界面上的反射与折射

4.1.1光波在绝缘介质分界面处的反射定律与折射定律

4.1.2光波在绝缘介质分界面处的全反射

4.1.3分界面处反射波、折射波与入射波的电场强度

4.2关于菲涅耳公式的讨论

4.2.1反射率与透射率

4.2.2半波损失

4.2.3斯托克斯倒逆关系

4.3光的吸收

4.3.1吸收的实验规律

4.3.2吸收系数与波长的关系

4.3.3吸收光谱与物体的颜色

4.4光的色散

4.4.1色散现象

4.4.2色散规律

4.5吸收和色散的经典理论

4.5.1经典的电偶极子模型

4.5.2单一本征频率

4.5.3多个本征频率

4.6光的散射

4.6.1散射现象

4.6.2散射定律

习题4
第5章光波的相干叠加与非相干叠加

5.1定态光波及其表示

5.1.1光源的发光机制

5.1.2定态光波

5.1.3定态光波的数学表示

5.1.4球面波与平面波

5.2光程差与相位差

5.2.1相位取决于光程

5.2.2相位的超前与滞后

5.3球面光波在接收屏上的傍轴条件与远场条件

5.3.1轴上物点的傍轴条件和远场条件

5.3.2轴外物点的傍轴条件和远场条件

5.4光波的叠加原理

5.4.1光波的独立传播定律

5.4.2光波的叠加原理

5.5光波的叠加方法

5.5.1代数法

5.5.2复数法

5.5.3振幅矢量法

5.6光波的叠加强度

5.6.1光波叠加的特点

5.6.2光波的相干叠加与非相干叠加

5.6.3振动方向相互垂直的光波的叠加

5.6.4不同频率光波的叠加

5.6.5光的相干条件

5.7波包与群速度

习题5
第6章光的干涉与干涉装置

6.1杨氏干涉与相干光的获得

6.1.1实验装置

6.1.2杨氏干涉的物理过程

6.1.3相干光的获得

6.1.4杨氏干涉花样

6.2分波前的干涉装置

6.2.1菲涅耳双棱镜

6.2.2菲涅耳双面镜

6.2.3劳埃德镜

6.2.4比累对切透镜

6.2.5梅斯林对切透镜

6.3空间相干性与时间相干性

6.3.1干涉条纹的可见度

6.3.2光源的空间相干性

6.3.3光源的时间相干性

6.4薄膜干涉

6.4.1一般透明薄膜的干涉

6.4.2等倾干涉

6.4.3等厚干涉

6.5分振幅的干涉装置

6.5.1迈克耳孙干涉仪

6.5.2傅里叶变换光谱仪

6.5.3马赫曾特干涉仪

6.5.4干涉滤波片

6.5.5牛顿环干涉装置

6.6法布里珀罗干涉仪

6.6.1干涉装置

6.6.2光强分布

6.6.3光波场的特性

习题6
第7章光的衍射与衍射装置

7.1惠更斯菲涅耳原理

7.1.1波的衍射和次波模型

7.1.2次波的相干叠加：惠更斯菲涅耳原理

7.2菲涅耳圆孔和圆屏衍射

7.2.1衍射装置与衍射现象

7.2.2用半波带法分析菲涅耳圆孔衍射

7.2.3半波带方程

7.2.4一般情形下的波带

7.2.5菲涅耳半波带的应用——波带片

7.3其他形式的菲涅耳衍射

7.3.1直边衍射

7.3.2菲涅耳单缝衍射

7.4夫琅禾费单缝和矩孔衍射

7.4.1夫琅禾费单缝衍射装置

7.4.2单缝衍射强度分布

7.4.3单缝衍射花样的特点

7.4.4单缝衍射的应用

7.4.5夫琅禾费矩孔衍射

7.5夫琅禾费圆孔衍射

7.5.1圆孔衍射强度

7.5.2衍射花样的特点

7.6衍射的零级近似与几何光学

7.6.1衍射中央主极大的特殊性

7.6.2衍射与孔径的关系

7.6.3几何光学是衍射的零级近似

7.6.4望远镜的分辨本领与衍射极限

7.7衍射光栅

7.7.1多缝夫琅禾费衍射

7.7.2周期性光栅的衍射强度

7.7.3用振幅矢量法分析光栅的衍射

7.7.4用菲涅耳基尔霍夫衍射积分公式分析光栅的衍射

7.7.5双缝衍射

7.7.6干涉与衍射的区别和联系

7.8光栅衍射的特征

7.8.1衍射花样的极大值和极小值

7.8.2光栅方程

7.9光栅光谱在空间的角分布

7.9.1光栅的色散与自由光谱范围

7.9.2光谱线的角宽度和光栅的色分辨本领

7.10闪耀光栅

7.10.1问题的提出与解决方案

7.10.2闪耀光栅的结构

7.10.3闪耀光栅衍射的一般性分析

7.10.4两种常用的照明方式

7.11单色仪与光谱仪

7.12正弦光栅

7.13 X射线在晶体中的衍射

7.13.1晶格点阵

7.13.2 X射线在晶体中的衍射

7.13.3晶体X射线衍射的实验方法

习题7
第8章傅里叶变换光学与光全息术

8.1衍射屏对波前的变换

8.1.1衍射系统的屏函数

8.1.2简单光波场的波前函数

8.1.3透镜的相位变换函数

8.1.4光楔的相位变换函数

8.2接收场的傅里叶变换

8.2.1衍射积分的近似

8.2.2衍射系统的傅里叶变换

8.3夫琅禾费光栅衍射的傅里叶频谱分析

8.3.1屏函数的傅里叶变换

8.3.2周期性屏函数的傅里叶变换

8.3.3非周期性的屏函数的傅里叶变换

8.4阿贝成像原理

8.4.1阿贝成像原理的数学推导

8.4.2阿贝成像原理的实验验证

8.4.3图像处理

8.4.4θ调制

8.5相衬显微镜

8.6全息照相

8.6.1全息照相的基本原理

8.6.2全息照相的装置

习题8
第9章光的偏振与光在晶体中的双折射

9.1光的偏振特性

9.1.1横波的偏振性

9.1.2起偏与检偏

9.2光的各种偏振态

9.2.1光波的特征与其发射机制有关

9.2.2自然光

9.2.3部分偏振光

9.2.4平面偏振光

9.2.5圆偏振光

9.2.6椭圆偏振光

9.3反射、折射所引起的偏振态的改变

9.3.1偏振态的改变

9.3.2垂直入射的情形

9.3.3布儒斯特定律

9.3.4玻璃片堆和布儒斯特窗

9.3.5全反射的相移和菲涅耳六面体棱镜

9.4光在晶体中的双折射

9.4.1晶体的光学特征

9.4.2双折射现象与双折射晶体

9.5单轴晶体中光的波面

9.5.1晶体中o光和e光的波面

9.5.2单轴晶体的惠更斯作图法

9.5.3几种特例

9.6晶体光学器件

9.6.1偏振棱镜

9.6.2波晶片

9.6.3相位补偿器

9.7用波片改变光的偏振态

9.7.1光在波晶片中的传播引起的相位差

9.7.2经过波片后光的偏振态的改变

9.7.3偏振态的实验鉴定

9.8偏振光的干涉

9.8.1平行光偏振光的干涉装置

9.8.2干涉分析与实验现象

9.8.3会聚偏振光的干涉

9.9电光效应

9.9.1克尔效应

9.9.2泡克尔斯效应

9.9.3电光效应的应用

9.9.4液晶显示器

9.10旋光

9.10.1自然旋光

9.10.2磁致旋光

9.10.3磁致旋光的应用

9.11偏振态的矩阵表示

9.11.1琼斯矢量

9.11.2正交偏振

9.11.3琼斯矩阵

习题9
部分习题参考答案
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

☆☆☆☆☆

用户评价

☆☆☆☆☆

阅读体验方面，这本书的章节结构划分得极其细致，但这种细致有时反而造成了一种阅读上的压迫感。每一个小节的标题都像是一个必须攻克的关卡，内容组织严密到让人不敢轻易跳过任何一个段落。我注意到，作者在定义新量时，总是会给出其在国际单位制中的标准表示，并且会反复强调不同光学体系中可能存在的符号差异，这体现出极强的规范意识。然而，对于初学者来说，这种对标准的近乎苛刻的坚持，可能会使得开篇的学习曲线显得异常陡峭。我记得有一次，为了理解一个关于光的传播矩阵的推导，我不得不翻回去重新复习了之前关于矢量代数的几个章节，才最终理清了来龙去脉。这本书没有提供任何“快速入门指南”或“必备知识速查表”，它假设读者已经具备了扎实的预备知识，并期待读者能主动进行知识的串联和回溯。它更像是一部严谨的学术专著的简化版本，而非大众科普读物。

☆☆☆☆☆

说实话，这本书的排版风格让我联想起大学时代图书馆里那些年代久远的经典教材，字体大小适中，但行距略显拥挤，纸张的质感也偏向于那种耐翻阅而非追求视觉享受的哑光纸。内容上，它似乎更侧重于理论的深度挖掘而非应用案例的广泛展示。我期待看到更多现代光学技术，比如光纤通信、激光应用中的具体设计细节或者前沿进展，但这本书的笔触更多地停留在描述光如何传播、如何被介质折射和反射的“第一原理”上。它更像是一部“光现象的哲学宣言”，探讨的是“为什么是这样”而不是“如何应用它”。每当我想找一个快速解决实际问题的公式捷径时，这本书都会把我拉回到更深层次的物理机制中去。这种教学方式的优点是培养了读者的物理直觉和分析问题的能力，缺点则是在面对时间紧迫的工程需求时，可能需要额外的参考资料来补充实操层面的知识。它教会了我如何思考光的本质，但如何用光去“建造”东西，还需要我在其他地方寻找答案。

☆☆☆☆☆

这本书的作者显然是一位功力深厚的教育家，他的叙事风格非常冷静和客观，几乎没有使用任何煽情的语言来鼓动读者的兴趣。它更像是一份精密绘制的工程蓝图，需要读者自己去发现其中的美感和力量。我花了很长时间才适应这种“去人性化”的讲解方式，特别是对于一些高度抽象的概念，比如场方程的引入，作者的处理方式是极其纯粹的数学演绎。我试着去寻找一些有趣的实验设计来佐证这些理论，但书中的插图大多是示意性的原理图，而非色彩斑斓的实验实景图。这使得阅读体验变成了一种高度依赖个人想象力和数学功底的活动。对我个人而言，这种挑战性正是它的魅力所在，它拒绝“喂食”知识，而是要求你亲自去“捕猎”。如果你希望通过这本书获得阅读小说的轻松感，那无疑会大失所望；但如果你渴望系统性地重塑自己对光学的认知体系，这本书会毫不留情地拆除你原有的模糊结构，然后用更坚固的基石重新搭建。

☆☆☆☆☆

这本书最让我印象深刻的是它对“不确定性”的处理方式，它并不回避光学领域中那些尚未完全解决或者需要依靠近似才能推进的问题。在讨论某些复杂的衍射或散射理论时，作者并没有武断地下结论，而是会清晰地界定出当前理论模型的适用范围和局限性。这种坦诚的态度，相比于那些过度简化、将所有现象都描绘得完美无缺的教材，更令人信服。例如，在探讨菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射的区别时，其给出的判据不仅清晰，而且能够引导读者思考在实际操作中，如何判断一个场景究竟属于哪种情况。它训练的不仅是计算能力，更是对物理情境的判断力。这本书的价值在于培养了一种批判性的思维习惯——永远追问“这个结论在什么条件下成立？”与其说它是一本“教程”，不如说它是一本“光学思维训练手册”，它塑造的是你分析问题的底层逻辑，而不是简单地传授知识点。

☆☆☆☆☆

这本厚重的书脊带着一股老派的学术气息，封面设计简洁到近乎朴素，完全没有现在流行书籍的那些花哨元素。光是掂在手里的分量，就让人感觉到作者在内容上倾注的心血。我一翻开书页，首先注意到的是那些密集的公式和严谨的推导过程。这显然不是那种只打算泛泛而谈、点到为止的入门读物，它更像是一本为志在深入钻研光学的学生准备的“武功秘籍”。文字部分组织得非常有条理，每一个概念的引入都建立在坚实的数学基础之上，逻辑链条环环相扣，几乎没有跳跃性的思维过程。对于那些习惯了图文并茂、趣味讲解的读者来说，这本书初读可能会有些枯燥，需要投入极大的专注力去啃读那些符号和定义。我特别欣赏作者在讲解基本原理时那种近乎偏执的严谨性，每一个假设、每一步近似的引入，都有详尽的论证，这为后续复杂问题的解决打下了极其牢固的地基。读完前几章，我感觉自己对光波动性和几何光学的基础框架有了前所未有的清晰认知，虽然过程是艰苦的，但收获的扎实感是无与伦比的。

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崔宏濵老师

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崔宏濵老师

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中科大，好这本书比赵凯华那本简明，但是好厚啊，挑着看完了

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崔宏濵老师

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崔宏濵老师