普通高等教育“十一五”国家级规划教材：光学（第3版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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蔡履中 著

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• 光学
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• 光
• 电磁波
• 光学原理
• 规划教材

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030191465

版次：3

商品编码：10549481

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2007-10-01

用纸：胶版纸

页数：450

字数：551000

正文语种：汉文

内容简介

　　 《普通高等教育“十一五”国家级规划教材：光学（第3版）》是作者以多年来在山东大学光学系讲授光学课程的讲稿及讲义为基础充实整理而写成的。全书内容包括几何光学，波动光学通论，光的干涉，光的衍射，光在晶体中的传播，光的吸收，色散和散射，光的量子性与激光共7章。在选材上以基础光学的传统内容为主，以波动光学为主，同时对现代光学的发展亦有充分的反映。在内容编排及讲法上注意从光学知识的内在规律性和系统性出发，突出和加强基本的物理概念、物理思想和物理图像的阐述，并注意各部分内容的内在联系及自洽。全书内容丰富、思路清晰、解说翔实、析理透彻；并注意将基本内容与选讲内容分开，以适应不同层次的需要。
　　 编著者主讲的以《普通高等教育“十一五”国家级规划教材：光学（第3版）》为教材的光学课程已于2006年被评为国家精品课程。
　　 《普通高等教育“十一五”国家级规划教材：光学（第3版）》可作为综合性大学或其他高等院校物理类和电子信息类学科的光学教材，对其他学习光学者及有关科技人员亦是一本有价值的参考书。

目录

第三版前言
修订版前言
第一版前言
绪论
第1章 几何光学
1.1 光线传播的基本规律
1.1.1 光线传播的实验规律
1.1.2 费马原理--光线传播的普遍规律
1.2 成像的基本原理
1.2.1 成像的基本概念
1.2.2 单球面及共轴球面系统傍轴成像（逐次成像）
1.2.3 薄透镜傍轴成像
1.2.4 光焦度 高斯公式和牛顿公式作图法
1.2.5 共轴球面系统傍轴成像（基面成像）
1.2.6 傍轴光学的矩阵方法
1.3 成像仪器
1.3.1 眼睛
1.3.2 放大镜和目镜
1.3.3 显微镜-
1.3.4 望远镜-
1.4 光阑与像差
1.4.1 光阑-
1.4.2 像差
习题
观察思考及讨论题

第2章 波动光学通论
2.1 波的概念与光的电磁理论基础
2.1.1 波的基本概念
2.1.2 光的电磁理论基础
2.2 波的数学描述
2.2.1 波的实数表示与时空周期性
2.2.2 波的复数表示与复振幅
2.2.3 波的矢量表示
2.3 波的叠加
2.3.1 波的叠加原理
2.3.2 同频率简谐波叠加的一般分析及干涉概念
2.3.3 两列同频率、同向振动的平面波的叠加
2.3.4 两列同频率、同向振动、反向传播的平面波的叠加--光驻波
2.3.5 两列同频率、振动方向互相垂直、同向传播的平面波的叠加--椭圆偏振光的形成及特征
2.3.6 两列频率相近、同向振动、同向传播的平面波的叠加--光学拍
2.4 光的偏振态
2.4.1 完全偏振光--线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光
2.4.2 非偏振光--自然光
2.4.3 部分偏振光及偏振度
2.4.4 偏振片及其光强响应
2.5 波的傅里叶分析及时空域中的反比关系
2.5.1 波的傅里叶分析
2.5.2 波在空域和时域中的反比关系
2.6 光在两种各向同性介质界面的反射与折射
2.6.1 反射与折射时光的振幅比 菲涅耳公式
2.6.2 反射与折射时光的光强比与能流比
2.6.3 反射光与折射光的相位变化
2.6.4 反射光与折射光的偏振态
2.6.5 全反射与隐失波
习题
观察思考及讨论题

第3章 光的干涉
3.1 光的相干条件
3.1.1 光的相干条件
3.1.2 干涉条纹的衬比度
3.1.3 相干光束的产生方法
3.2 分波前干涉
3.2.1 杨氏实验
3.2.2 其他分波前装置
3.3 光场的相干性
3.3.1 光源空间展宽的影响 光场的空间相干性
3.3.2 光源光谱展宽的影响 光场的时间相干性
3.3.3 部分相干性理论基础
3.4 分振幅干涉（一）：薄板的双光束干涉
3.4.1 点光源的干涉及干涉条纹的定域概念
3.4.2 等倾干涉
3.4.3 等厚干涉
3.4.4 薄膜干涉定域及光源临界宽度的进一步讨论
3.4.5 迈克耳孙干涉仪
3.5分 振幅干涉（二）：平行平板的多光束干涉
3.5.1 平行平板多光束干涉的分析
3.5.2 法布里一珀罗干涉仪
3.5.3 光学薄膜简介
习题
观察思考及讨论题

第4章 光的衍射
4.1 衍射的基本原理及分类
4.1.1 衍射现象概述
4.1.2 惠更斯一菲涅耳原理及平面屏衍射理论
4.1.3 衍射问题的近似处理及分类
4.2 菲涅耳衍射
4.2.1 菲涅耳衍射的分析方法
4.2.2 圆孔、圆屏及某些环扇形孔径的衍射
4.2.3 菲涅耳波带片
4.3 夫琅禾费衍射（一）：连通孔径
4.3.1 单缝衍射
4.3.2 矩孔衍射
4.3.3 圆孔衍射
4.4 光学成像系统的分辨本领
4.5 夫琅禾费衍射（二）：非连通孔径
4.5.1 多缝衍射
4.5.2 夫琅禾费衍射的一般性质及其他孔径的衍射
4.6 光栅
4.6.1 光栅的主要性能
4.6.2 闪耀光栅、阶梯光栅及三维光栅
4.6.3 棱镜光谱仪及其与光栅、法一珀干涉仪分光性能的比较
4.7 相干光成像系统的频谱分析
4.7.1 复振幅透过率及其空间频率谱的物理意义
4.7.2 透镜的傅里叶变换作用
4.7.3 阿贝成像理论及空间滤波
4.8 全息照相的原理与特点
习题
观察思考及讨论题

第5章 光在晶体中的传播
5.1 晶体双折射
5.1.1 双折射现象基本定义与规律
5.1.2 单轴晶体中的波面--惠更斯假设
5.1.3 平面波在单轴晶体内的传播--惠更斯作图法
5.1.4 单轴晶体双折射的进一步讨论
5.2 晶体光学器件偏振光的检验
5.2.1 线偏振器
5.2.2 相位延迟器--波晶片和补偿器
5.2.3 圆起偏器和圆检偏器
5.2.4 光通过波晶片后偏振态的变化
5.2.5 偏振光的检验
5.3 偏振光的干涉
5.3.1 平行偏振光的干涉
5.3.2 会聚偏振光的干涉
5.3.3 波动光学中相位规定的自洽性
5.4 人工双折射及其应用
5.4.1 应力双折射
5.4.2 克尔效应
5.4.3 泡克耳斯效应
5.5 旋光
5.5.1 旋光
5.5.2 磁致旋光
5.6 偏振态及其变换的矩阵描述
习题
观察思考及讨论题

第6章 光的吸收色散和散射
6.1 光的吸收
6.1.1 光的线性吸收规律与复折射率
6.1.2 吸收与波长的关系
6.2 光的色散
6.2.1 色散概念及其规律
6.2.2 吸收和色散的经典电子理论
6.2.3 光的相速和群速
6.3 光的散射
6.3.1 瑞利散射米氏散射及大粒子散射
6.3.2 拉曼散射
习题
观察思考及讨论题

第7章 光的量子性激光
7.1 黑体辐射
7.1.1 两种不同形式的辐射
7.1.2 基尔霍夫热辐射定律
7.1.3 黑体辐射的实验规律
7.1.4 黑体辐射的经典理论及其与实验的矛盾
7.1.5 能量子假设与普朗克公式
7.1.6 光测高温法
7.2 光的粒子性及其实验基础
7.2.1 光电效应
7.2.2 康普顿效应
7.2.3 光压
7.3 光的波粒二象性
7.3.1 光的粒子性
7.3.2 光的波粒二象性及其概率解释
7.4 激光
7.4.1 产生激光的基本原理
7.4.2 激光器的组成及工作过程
7.4.3 激光的主要特点和应用
7.5 非线性光学简介
习题
观察思考及讨论题
参考文献
一、参考书目
二、作者部分教学研究论文目录
附录
附录I 常用物理常数表
附录Ⅱ 一些光学介质的折射率
附录Ⅲ 一些典型谱线的波长
汉英名词索引
部分习题答案

前言/序言

经典光学名著：探寻光之奥秘与应用 本书是面向理工科专业本科生精心编写的一部经典光学教材，旨在系统、深入地介绍现代光学的基础理论、基本概念、实验方法及其在工程技术中的广泛应用。全书内容覆盖了经典光学和近代光学的核心知识体系，力求在严谨的数学推导与清晰的物理图像之间取得完美的平衡。 第一部分：几何光学——光线的轨迹与成像（约占全书篇幅的 20%） 本部分从最基础的光的传播规律入手，构建起几何光学的理论框架。重点阐述了费马原理作为几何光学的核心思想，并以此为基础推导出光的直线传播、反射定律和折射定律（斯涅尔定律）。 关键内容详述： 1. 光的传播与平面反射/折射： 详细分析了平面镜和平面折射面的成像特性，引入了像点、物点、实像与虚像的概念。 2. 成像定律的推广： 引入了费马原理，并将其应用于分析光线通过复杂界面时的传播路径。 3. 球面反射与折射： 深入探讨了球面镜（凹面镜、凸面镜）和球面透镜（凸透镜、凹透镜）的成像规律，推导了高斯公式（成像公式）和横向放大率公式。着重分析了在小孔成像模型下，近轴光线如何形成清晰图像。 4. 光器械的分析： 详细介绍了棱镜的色散和偏折特性，分析了复眼、显微镜和望远镜等基本光学仪器的结构和成像能力，特别是对放大倍数和分辨率的定量描述。 5. 像差理论的初步： 简要介绍了几何光学无法完全描述的成像缺陷，如球差、彗差、像散、场曲和畸变，为后续波动光学对衍射、色散的讨论奠定基础。 第二部分：波动光学——光的波动本性与干涉（约占全书篇幅的 35%） 本部分是理解光本质的关键，将光视为一种电磁波，深入研究光的叠加、传播特性及由此产生的干涉、衍射现象。 关键内容详述： 1. 电磁波理论基础： 简要回顾麦克斯韦方程组在介质中的形式，引入光波的横波特性、偏振性以及坡印廷矢量等电磁场基本概念。 2. 光的干涉： 相干性： 详细解释了光源的相干条件（时间相干性和空间相干性）。 杨氏双缝干涉： 对这一经典实验进行了详尽的理论分析，推导出干涉条纹的强度分布公式，并讨论了光程差、相位差与亮暗纹的关系。 薄膜干涉： 分析了等厚干涉（如牛顿环）和等倾干涉（如迈克耳孙干涉仪）的原理。重点讨论了反射时的相位突变问题，并介绍了迈克耳孙干涉仪在测量波长和分辨本领方面的应用。 更多干涉： 介绍了哈曼干涉以及其他先进的干涉测量技术。 3. 光的衍射： 惠更斯-菲涅耳原理： 作为衍射理论的基石，详细阐述了其物理意义。 夫琅禾费衍射： 分析了单缝、圆孔和多缝光栅的衍射规律，推导了强度分布公式，并计算了主极大、副极大和零级次的位置。 光栅方程： 详细讨论了光栅作为分光元件的原理，包括其分辨本领和色散率。 圆孔衍射： 介绍了艾里斑的形成，这是理解衍射极限和光学系统分辨率的必要前提。 第三部分：光的偏振——光的横波特性（约占全书篇幅的 15%） 本部分专门研究光波的电矢量振动方向，这是区分光与其他波（如声波）的关键特征之一。 关键内容详述： 1. 偏振光的表征： 定义了自然光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的数学描述。 2. 产生偏振光的方法： 详细介绍了起偏器的类型（如起偏棱镜、起偏膜）和工作原理。 3. 布儒斯特定律与菲涅耳定律： 分析了光在介质表面反射和折射时偏振态的变化，特别是全反射条件下的马吕斯定律。 4. 偏振光的分析： 讨论了检偏器的作用，并分析了偏振光通过特定光学元件（如四分之一波片、半波片）后的偏振态变化。 5. 散射与双折射： 简要介绍了瑞利散射（如天空呈蓝色）的现象，并深入分析了晶体中的双折射现象，如光的双射（双折射）和利用波片改变光场性质。 第四部分：光学元件与系统性能（约占全书篇幅的 20%） 本部分将前述的理论知识应用于实际的光学系统的设计和性能评估，侧重于工程应用。 关键内容详述： 1. 光瞳与孔径光束： 定义了入瞳、出瞳、孔径光阑和孔径矢量，这些是决定系统成像光束范围的关键参数。 2. 像差的量化处理： 在几何像差的基础上，引入了物理光学像差的概念，如衍射对像的限制作用。 3. 光学系统的分辨率： 结合衍射理论，定量分析了望远镜、显微镜和相机等系统的极限分辨率，阐述了瑞利判据和分辨本领的意义。 4. 傅里叶光学基础： 介绍傅里叶变换在光学系统中的应用，特别是将其作为一种强大的数学工具来描述光场传播，为全息术和空间滤波奠定基础。 第五部分：近代光学前沿概述（约占全书篇幅的 10%） 本部分简要介绍了20世纪以来光学领域的重要突破，为后续专业课程学习做铺垫。 关键内容详述： 1. 激光原理概述： 介绍受激辐射、光放大效应、腔内模和激光器的基本工作原理，强调激光作为一种高度相干、单色性强光源的独特性。 2. 非线性光学现象简介： 简要介绍高强度光与物质相互作用产生的现象，如频率转换（倍频、和频）。 3. 光的全息术： 阐述全息记录和再现的基本原理，体现了光场信息记录的潜力。 全书的叙述风格逻辑严密，图文并茂，每章后附有适量的习题，旨在帮助读者巩固理论知识，培养运用光学原理解决实际问题的能力。本书不仅是理论学习的基石，也是工程师和研究人员的常备参考书。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书的过程中，我最大的感受是它的知识系统性非常强。它并非将光学知识零散地呈现，而是构建了一个清晰的知识框架，让读者能够从宏观到微观，从基础到深入地理解整个学科。书中的章节安排非常合理，循序渐进，不会让人感到突兀。例如，在介绍完基础的光的传播后，自然而然地过渡到光与物质的相互作用，再到更复杂的成像和应用。这种逻辑上的流畅性，使得学习过程非常顺畅，能够建立起完整的知识体系。我尤其欣赏书中对于一些易混淆概念的区分和辨析，作者总是能用精炼的语言点出关键差异，避免我们产生误解。同时，书中也包含了不少历史典故和科学故事，这为枯燥的物理学习增添了一抹亮色，让我对光学研究的历程有了更深的认识。这本书的深度足以满足高等教育的需求，同时它的可读性又让非专业背景的读者也能受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编辑质量极高，这绝对是一本值得反复品读的优秀教材。首先，它的语言表达清晰准确，没有出现任何模棱两可或含糊不清的表述，每个概念的定义都严谨而到位。其次，书中引用的参考文献和例子都非常具有代表性，能够帮助读者更深入地理解和记忆知识点。我喜欢书中穿插的一些“你知道吗？”或者“历史上的光学”这样的板块，它们虽然是附加内容，但却极大地丰富了本书的内涵，让学习过程不再单调。另外，这本书在讲解一些复杂的公式和推导时，会提供不同角度的解释，比如从几何光学到物理光学的过渡，作者就做得非常自然。它能让你感受到光学世界的统一性，即使是不同的理论框架，最终都能殊途同归。我个人认为，对于想要系统学习光学，或者想为进一步深入研究打下坚实基础的读者来说，这本书绝对是首选。它不仅提供了知识，更塑造了一种严谨的科学思维方式。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得光学是一个既美妙又有些难以捉摸的学科，而这本书则像一盏明灯，照亮了前行的道路。它非常注重数学工具在光学中的应用，详细讲解了如何运用数学来描述和分析光学现象，这对于我来说是极大的帮助。书中对傅里叶光学、衍射理论等内容的处理，既保留了其数学的严谨性，又尽量用直观的方式来解释，让我这个对数学有些畏惧的读者也能逐渐理解。不得不说，书中对于一些实验的介绍也非常到位，虽然我没有条件亲自去做这些实验，但通过书中的文字和图示，我仿佛身临其境，能够体会到实验的精妙之处。例如，关于迈克尔逊干涉仪的原理讲解，就非常清晰地展现了光波干涉的奥秘。此外，书中在介绍一些光学器件时，也详细阐述了其设计理念和工作原理，让我不仅了解了“是什么”，更明白了“为什么”。这本书的优点在于，它能够有效地连接理论与实践，让抽象的物理概念落地，变得可感可知。

评分☆☆☆☆☆

初次翻开这本书，就被它严谨的逻辑和清晰的脉络深深吸引。作为一本面向普通高等教育的教材，它在内容的深度和广度上都拿捏得恰到好处，既能为初学者打下坚实的基础，又能引导有一定基础的学生进行更深入的探索。书中对光的波动性、粒子性等核心概念的阐述，逻辑链条非常完整，从基本原理到实际应用，都做到了层层递进，让读者能够循序渐进地理解。特别是关于干涉和衍射的部分，作者运用了大量生动形象的例子和精妙的数学推导，将抽象的光学现象具象化，使原本枯燥的公式变得易于理解和记忆。读起来感觉像是和一位经验丰富的老师在对话，他耐心地解答你所有的疑问，并引导你发现光学世界的奇妙之处。这本书的排版也非常舒服，字体大小适中，图示清晰，关键的公式和概念都做了醒目的标注，大大提升了阅读效率。我尤其欣赏书中提供的习题，它们覆盖了各个章节的关键知识点，而且难度设计合理，既有巩固基础的题目，也有启发思考的难题，能够有效地检验和提升学生的学习效果。总而言之，这是一本让人爱不释手的优秀教材，它不仅传授知识，更培养了读者对光学学科的兴趣和探究精神。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它不仅仅是一本教科书，更像是一本光学世界的百科全书，虽然不是真的百科全书，但它的信息量和覆盖的知识面确实令人印象深刻。从光的传播、反射、折射这些最基础的现象，到更复杂的如偏振、色散，再到一些前沿的光学应用，几乎涵盖了光学领域的重要内容。我特别喜欢书中对历史发展的回顾，简要介绍了光学发展历程中的关键人物和重要发现，这让我在学习物理知识的同时，也能感受到科学探索的伟大进程，从而对光学产生更深的敬意。书中理论的讲解严谨而不失趣味性，它并非一味地堆砌公式和定理，而是注重解释现象背后的物理原理，并与生活中的实例相结合，比如解释彩虹的形成、照相机的成像原理等，这些都让学习过程更加生动有趣。虽然我并非光学专业的学生，但阅读此书后，我对光学有了一个更全面、更深入的认识，甚至能初步理解一些光学仪器的工作原理。这本书的语言风格也很吸引人，通俗易懂，即便是初学者也能很快上手，同时又兼具学术的严谨性。

评分☆☆☆☆☆

值得推荐！

评分☆☆☆☆☆

这本书挺好的。推荐。

评分☆☆☆☆☆

书不错呢，是正版的啦，发货速度也很快

评分☆☆☆☆☆

不错的一本书，值得一看哦

评分☆☆☆☆☆

该书我以经看了3个月了，写得很详细，个人认为至少比赵凯华写的《光学》详细，很多内容限于本人水平所限还不能看懂，以后会慢慢弄懂。该书的一大特色是物理概念很清晰，准确，也有极少部分内容在安排方面有待商榷，总体感觉很不错，适合有一定光学基础的读者阅读。

评分☆☆☆☆☆

书是正版图书，物流也快，包装也好

评分☆☆☆☆☆

书是正版图书，物流也快，包装也好

评分☆☆☆☆☆

编写的很好！

评分☆☆☆☆☆

内容比较详细，概念清晰！挺不错！