光學原理（第2版）

本書系統地闡述了經典光學原理的理論體系及現代光學技術的發展與應用，是在第1版的基礎上修訂而成的。

本書由兩部分組成，上部分為幾何光學及典型光學系統，包括第1~4章，系統地介紹了光學發展簡史、幾何光學基本原理、光學系統的光闌及像差和典型光學儀器的基本原理。與第1版相比第3章增加了光闌的計算內容，通過定量計算，不但鞏固和加強了各種光闌的概念，而且充分銜接第4章中放大鏡、顯微鏡、望遠鏡的計算和應用。像差方面重點修改了原來球差部分內容，增加了復合透鏡消球差的具體例子、無球差齊明點及齊明透鏡等。

下半部分為物理光學，包括第5~10章，其主要內容包括物理光學基礎、光波的干涉、光的衍射、光的偏振與晶體光學基礎、傅里葉光學及全息術以及光的度量、吸收、散射和色散等。

本教材參照教育部教學指導委員會的基本教學要求編寫而成，在注重基本理論闡述的同時，加強理論與工程實踐的結合，並充分考慮當前光學原理教學過程中所需要掌握的重點和難點教學，每章都提出了具體的學習目標，並針對每章的重點和難點，給出了豐富的例題分析和解答。本書可作為高等學校光電信息科學與工程、電子科學與技術、電子信息工程、測控技術與儀器等相關專業的光學及光學工程類課程教材，也可作為從事光電技術、儀器儀表技術、精密測量、檢測技術等工程技術人員的參考書。

沈常宇男，1977年生，博士，教授，浙江省優秀教師，中國計量大學光電學院副院長。入選浙江省新世紀151人才工程，長期從事「光學原理」課程教學，以及浙江省光學原理精品課程、浙江省「光學原理」教學團隊和國家綜合試點改革及浙江省優勢專業「光電信息科學與工程」負責人；獲得浙江省優秀教師、中國計量大學首屆教壇新秀、教師教學優秀獎、十大育人先鋒、優秀研究生導師等榮譽。主要從事光纖傳感、光纖光柵器件、固體照明、非線性光學等方面研究；主持和參與國家自然科學基金重大儀器專項、十三五重點研發專項、國家質檢公益專項、浙江省重大和重點專項、浙江省科技廳面上項目、浙江省自然科學基金、浙江省優秀青年教師項目等20余項；作為主持者或者參與者，先后獲得浙江省科學技術進步一等獎、浙江省自然科學三等獎、浙江省高校科研成果三等獎、浙江省高等學校教學成果二等獎與三等獎等；近年來在國內外重要學術期刊（如Appl.Phys.Lett.、Opt.Express、J.Opt.Soc.Am.B、IEEEPhotonic.Tech.Lett.、Sens.Actuators.B）等發表三大檢索論文80余篇；獲授權國家發明專利20余項。

第1章 緒論

1.1光學發展簡史

1.2本書的內容和知識框圖

第2章 幾何光學基本原理

2.1幾何光學的基本定律

2.1.1光線、光波與波面

2.1.2幾何光學的基本定律

2.1.3費馬原理——光線傳播的普遍規律

2.2物、像的基本概念和完善成像條件

2.3單折射球面成像

2.3.1符號法則

2.3.2單個折射球面的光路計算公式

2.3.3近軸光線的光路計算

2.3.4單折射球面成像特性

2.3.5近軸條件下球面反射鏡的物像關系

2.4折射球面成像系統

2.5理想光學系統

2.5.1理想光學系統基本概念

2.5.2理想光學系統的物像關系

2.5.3透鏡成像

2.6平面反射鏡與反射棱鏡

2.6.1平面反射鏡

2.6.2平行平板

2.6.3反射棱鏡

2.7例題解析

習題

第3章 光闌與像差

3.1光闌

3.1.1光闌的分類

3.1.2光闌的計算

3.1.3遠心光路

3.2光學系統的景深

3.3像差概述

3.3.1軸上點球差

3.3.2軸外點像差

3.3.3色差

3.3.4波像差

3.4例題解析

習題

第4章 典型光學儀器的基本原理

4.1眼睛

4.1.1人眼構造

4.1.2眼睛的調節

4.1.3眼睛的缺陷和矯正

4.1.4眼睛的分辨率

4.1.5眼睛的對准

4.2放大鏡

4.2.1放大鏡的視覺放大率

4.2.2放大鏡的光束限制和線視場

4.3顯微鏡系統

4.3.1顯微鏡的視覺放大率

4.3.2顯微鏡的分辨率

4.3.3顯微鏡中的光束限制

4.3.4工作距離

4.3.5顯微鏡的照明

4.4望遠鏡系統

4.4.1望遠鏡系統的結構

4.4.2望遠鏡系統的分辨率及有效放大率

4.4.3望遠鏡中的光束限制

4.4.4場鏡

4.5例題解析

習題

第5章 物理光學基礎

5.1光波的電磁理論描述

5.1.1光波的電磁特性

5.1.2光波的波動方程

5.1.3平面單色光波解

5.1.4平面波的性質

5.1.5球面波和柱面波

5.1.6群速度和相速度

5.2光的反射和折射的波動描述

5.2.1光在兩電介質分界面上的反射和折射

5.2.2菲涅爾公式

5.2.3反射波和透射波的性質

5.3例題解析

習題

第6章 光波的干涉

6.1光波干涉的條件

6.1.1光波的疊加

6.1.2光波的干涉條件

6.2分波面干涉

6.3影響雙光束干涉條紋清晰度的因素

6.3.1兩相干光波的振幅比對條紋對比度的影響

6.3.2光源寬度對條紋對比度的影響和空間相干性

6.3.3光源的非單色性對條紋對比度的影響和時間相干性

6.4分振幅雙光束干涉

6.4.1平行平板雙光束等傾干涉

6.4.2楔形平板雙光束等厚干涉

6.5典型雙光束干涉系統及應用

6.5.1邁克爾遜干涉儀

6.5.2菲索干涉儀

6.5.3泰曼?格林干涉儀

6.5.4馬赫?曾德干涉儀

6.5.5傅里葉變換光譜儀

6.6多光束干涉及應用

6.6.1平行平板的多光束干涉

6.6.2多光束干涉儀

6.7例題解析

習題

第7章 光波的衍射

7.1惠更斯?菲涅爾原理

7.2基爾霍夫衍射理論與索末菲衍射理論

7.3菲涅爾衍射和夫琅和費衍射

7.4典型孔徑的夫琅和費衍射

7.5矩形孔徑和單縫夫琅和費衍射

7.6圓形孔徑的夫琅和費衍射

7.7多縫的夫琅和費衍射

7.8衍射光柵

7.8.1光柵的色散

7.8.2光柵的光譜分辨本領

7.8.3光柵的自由光譜范圍

7.9光學成像系統的分辨本領

7.10菲涅爾衍射

7.11干涉和衍射的區別和聯系

7.12例題解析

習題

第8章 光的偏振與晶體光學基礎

8.1偏振光概述

8.1.1偏振光和自然光

8.1.2從自然光獲得偏振光的方法

8.1.3馬呂斯定律和消光比

8.2晶體的雙折射

8.3雙折射的電磁理論

8.3.1晶體的各向異性與介電張量

8.3.2單色平面波在晶體中的傳播

8.4晶體光學性質的圖形表示

8.4.1折射率橢球

8.4.2折射率面和波矢面

8.4.3法線面

8.4.4光線面

8.5平面光波在晶體表面的反射和折射

8.5.1光在晶體表面的折射和反射定律

8.5.2光在單軸晶體中傳播方向的確定

8.6晶體偏振器件

8.6.1偏振棱鏡

8.6.2波片

8.6.3補償器

8.7偏振的瓊斯矢量表示

8.7.1瓊斯矢量

8.7.2偏振態的瓊斯矢量表示

8.7.3偏振器件的瓊斯矩陣表示

8.8偏振光的干涉

8.8.1平行光的偏光干涉

8.8.2會聚偏振光的干涉

8.9晶體的電光、磁光和聲光效應及旋光性

8.9.1電光效應

8.9.2磁光效應

8.9.3聲光效應

8.10例題解析

習題

第9章 傅里葉光學及全息術

9.1平面波的復振幅分布和空間頻率

9.2透鏡的傅里葉變換性質和成像性質

9.2.1透鏡的相位變換作用

9.2.2透鏡的傅里葉變換性質

9.2.3透鏡的成像性質

9.3相干成像系統及相干傳遞函數

9.4非相干成像系統及光學傳遞函數*

9.4.1非相干成像系統的光學傳遞函數（OTF）

9.4.2衍射受限系統的OTF

9.5阿貝成像理論與波特實驗

9.5.1阿貝成像理論

9.5.2波特實驗

9.5.3空間頻譜濾波系統

9.5.4空間濾波的傅里葉分析

9.5.5濾波器的種類及應用舉例

9.5.6空間濾波的應用

9.6全息術

9.6.1波前記錄

9.6.2波前再現

9.7例題解析

習題

第10章 光的度量、吸收、散射和色散

10.1輻射度量與光度量

10.1.1輻射度量

10.1.2光度量

10.1.3光視效率

10.1.4顏色與視覺

10.2光的吸收

10.2.1吸收定律

10.2.2吸收光譜

10.3光的色散

10.4光的散射

10.4.1瑞利散射

10.4.2米氏散射

10.4.3分子散射

10.4.4拉曼散射

10.5例題解析

習題

部分習題參考答案

參考文獻