物理光学基础与仿真应用 / 普通高等教育测控技术与仪器专业系列教材
￥68.00定价
作者： 陈洪芳
出版时间：2025-01-23
出版社：机械工业出版社
- 机械工业出版社
- 9787111762140
- 1-1
- 547274
- 平装
- 2025-01-23
- 484
内容简介
本书从教学的普适性出发，注重基础、强调应用，不仅将传统内容与现代内容自然融合，还包含学科前沿。本书概念清晰、体系完整，共分7章，包括：光的电磁理论基础、光波的叠加、双光束干涉及应用、多光束干涉及应用、光的衍射、光的偏振以及FDTD Solutions软件基础仿真及应用。全书以光的电磁理论基础，光的干涉、衍射和偏振分析为主线，形成较为完整的物理光学知识体系，同时，结合近几年来重要的光学技术研究成果，介绍了FDTD Solutions光学仿真软件的使用，穿插了作者多年积累的典型应用案例。
本书配套教学资源有教学课件、教学大纲、习题解答、授课视频。本书作为新形态教材，其配套的课程结合了现代信息技术的学习模式和先进的教育理念。
本书可作为普通高校光电信息、仪器、电子信息及机械等相关专业的教学用书，也可作为仪器仪表工程、光电信息工程、光学工程等领域技术人员的培训教材和参考书目。
本书配有以下教学资源：教学大纲、教学课件、习题解答、授课视频、教材AI助教、习题答案AI助教。欢迎选用本书作教材的教师，登录www.cmpedu.con注册后获取、或联系微信13910750469索取(注明教师姓名+学校)
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目录
前言
第 1 章 光的电磁理论基础· 1
1.1 光的电磁性质 1
1.1.1 麦克斯韦方程组 1
1.1.2 电磁场的波动方程· 7
1.2 平面电磁波及其性质 10
1.2.1 波动方程的平面电磁波解· 10
1.2.2 平面电磁波的表示方法 12
1.2.3 平面电磁波的性质 14
1.2.4 平面电磁波的应用 16
1.3 球面波及柱面波 17
1.3.1 球面波· 17
1.3.2 柱面波· 18
1.3.3 球面波的前沿应用 19
1.4 光在两介质分界面上的反射和折射 20
1.4.1 电磁场的边界条件 20
1.4.2 光在介质分界面处的反射和折射 22
1.4.3 菲涅耳定律· 25
1.4.4 菲涅耳定律的讨论 29
1.4.5 反射比和透射比· 37
1.5 倏逝波 39
1.5.1 倏逝波的概念 39
1.5.2 倏逝波的应用 40
1.6 光的吸收､色散和散射· 41
1.6.1 光的吸收 41
1.6.2 光的色散 43
1.6.3 光的散射 44
习题 45
第 2 章 光波的叠加 · 49
2.1 两频率相同､振动方向相同的单色
光波的叠加 49
2.1.1 代数加法 · 49
2.1.2 复数加法 · 50
2.1.3 合成光波的光强分布 52
2.2 驻波 53
2.2.1 驻波表达式 53
2.2.2 驻波在生活中的应用 54
2.3 两频率相同､振动方向相互垂直的
光波的叠加 55
2.3.1 椭圆偏振光 55
2.3.2 几种特殊情况 · 57
2.3.3 左旋和右旋 58
2.3.4 利用全反射产生椭圆和圆偏振光 · 59
2.4 两频率不同的光波的叠加 · 60
2.4.1 光学拍 60
2.4.2 相速度与群速度 61
2.4.3 光学拍的应用 · 63
习题 · 67
第 3 章 双光束干涉及应用·69
3.1 光干涉的基本条件及实现方法 · 69
3.1.1 干涉的基本条件 69
3.1.2 实现干涉的基本方法 71
3.2 杨氏双缝干涉 72
3.2.1 杨氏双缝干涉的原理 72
3.2.2 杨氏双缝干涉的强度分布 73
3.2.3 杨氏双缝干涉的条纹形状 73
3.2.4 其他分波前干涉装置 77
3.3 影响干涉条纹对比度的因素 82
3.3.1 两相干光波振幅比的影响 83
3.3.2 光源大小的影响 84
3.3.3 光源非单色性的影响 87
3.4 干涉条纹的类型和位置 91
3.4.1 条纹的类型· 91
3.4.2 条纹的定域· 91
3.4.3 条纹的位置· 92
3.5 平行平面膜的双光束干涉 93
3.5.1 平行平面膜的双光束干涉原理· 95
3.5.2 平行平面膜的双光束干涉应用· 99
3.6 楔形膜的双光束干涉 103
3.6.1 楔形膜的双光束干涉原理· 103
3.6.2 楔形膜的双光束干涉图样· 104
3.6.3 楔形膜双光束干涉的应用· 105
3.7 双光束干涉仪 · 111
3.7.1 迈克尔逊干涉仪· 111
3.7.2 激光干涉仪引力波探测器· 113
3.7.3 泰曼干涉仪· 116
3.7.4 斐索干涉仪· 119
3.7.5 激光外差干涉仪· 120
3.7.6 白光干涉仪· 122
习题 124
第 4 章 多光束干涉及应用·128
4.1 多光束干涉的原理 · 128
4.1.1 多光束干涉的强度分布 129
4.1.2 多光束干涉图样的特点 130
4.1.3 干涉条纹的锐度· 132
4.2 法布里-珀罗干涉仪 133
4.2.1 法布里-珀罗干涉仪的结构和原理· 133
4.2.2 法布里-珀罗干涉仪的应用 135
4.3 薄膜波导 · 141
4.3.1 薄膜波导的传播模式· 141
4.3.2 薄膜波导中的场分布· 144
4.3.3 薄膜波导的光耦合 147
习题 150
第 5 章 光的衍射·152
5.1 惠更斯-菲涅耳原理 152
5.1.1 惠更斯原理· 152
5.1.2 惠更斯-菲涅耳原理的数学表达式· 153
5.2 基尔霍夫衍射理论 · 154
5.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理· 154
5.2.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 156
5.2.3 巴俾涅原理· 158
5.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 158
5.3.1 两类衍射现象的特点 · 159
5.3.2 两类衍射的近似计算公式 · 159
5.4 矩形孔和单缝的夫琅禾费衍射· 163
5.4.1 夫琅禾费衍射装置 163
5.4.2 夫琅禾费衍射公式的意义 · 164
5.4.3 矩形孔的夫琅禾费衍射 165
5.4.4 单缝的夫琅禾费衍射 · 168
5.5 圆孔的夫琅禾费衍射· 171
5.5.1 强度公式 171
5.5.2 衍射图样分析 172
5.6 光学成像系统的衍射和分辨本领 174
5.6.1 成像系统的衍射现象 · 174
5.6.2 成像系统的分辨本领 · 176
5.6.3 光刻机突破衍射极限 · 180
5.7 双缝夫琅禾费衍射 182
5.7.1 双缝衍射强度分布 182
5.7.2 双缝衍射的应用——瑞利干涉仪 185
5.8 多缝夫琅禾费衍射 186
5.8.1 强度分布 186
5.8.2 多缝衍射图样 188
5.9 衍射光栅 190
5.9.1 光栅的分光性能 · 191
5.9.2 闪耀光栅 195
5.9.3 迈克尔逊阶梯光栅 198
5.9.4 莫尔条纹 199
习题 204
第 6 章 光的偏振 207
6.1 偏振光概述· 207
6.1.1 自然光和偏振光的特点 207
6.1.2 获得偏振光的方法 208
6.1.3 马吕斯定律和消光比 · 210
6.2 偏振器件 211
6.2.1 晶体的双折射 211
6.2.2 偏振棱镜 212
6.2.3 波片 214 6.2.4 补偿器 · 215
6.3 偏振光和偏振器件的矩阵表示· 216
6.3.1 偏振光的矩阵表示 216
3.4.1 条纹的类型· 91
3.4.2 条纹的定域· 91
3.4.3 条纹的位置· 92
3.5 平行平面膜的双光束干涉 93
3.5.1 平行平面膜的双光束干涉原理· 95
3.5.2 平行平面膜的双光束干涉应用· 99
3.6 楔形膜的双光束干涉 103
3.6.1 楔形膜的双光束干涉原理· 103
3.6.2 楔形膜的双光束干涉图样· 104
3.6.3 楔形膜双光束干涉的应用· 105
3.7 双光束干涉仪 · 111
3.7.1 迈克尔逊干涉仪· 111
3.7.2 激光干涉仪引力波探测器· 113
3.7.3 泰曼干涉仪· 116
3.7.4 斐索干涉仪· 119
3.7.5 激光外差干涉仪· 120
3.7.6 白光干涉仪· 122
习题 124
第 4 章 多光束干涉及应用·128
4.1 多光束干涉的原理 · 128
4.1.1 多光束干涉的强度分布 129
4.1.2 多光束干涉图样的特点 130
4.1.3 干涉条纹的锐度· 132
4.2 法布里-珀罗干涉仪 133
4.2.1 法布里-珀罗干涉仪的结构和原理· 133
4.2.2 法布里-珀罗干涉仪的应用 135
4.3 薄膜波导 · 141
4.3.1 薄膜波导的传播模式· 141
4.3.2 薄膜波导中的场分布· 144
4.3.3 薄膜波导的光耦合 147
习题 150
第 5 章 光的衍射·152
5.1 惠更斯-菲涅耳原理 152
5.1.1 惠更斯原理· 152
5.1.2 惠更斯-菲涅耳原理的数学表达式· 153
5.2 基尔霍夫衍射理论 · 154
5.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理· 154
5.2.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 156
5.2.3 巴俾涅原理· 158
5.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 158
5.3.1 两类衍射现象的特点 · 159
5.3.2 两类衍射的近似计算公式 · 159
5.4 矩形孔和单缝的夫琅禾费衍射· 163
5.4.1 夫琅禾费衍射装置 163
5.4.2 夫琅禾费衍射公式的意义 · 164
5.4.3 矩形孔的夫琅禾费衍射 165
5.4.4 单缝的夫琅禾费衍射 · 168
5.5 圆孔的夫琅禾费衍射· 171
5.5.1 强度公式 171
5.5.2 衍射图样分析 172
5.6 光学成像系统的衍射和分辨本领 174
5.6.1 成像系统的衍射现象 · 174
5.6.2 成像系统的分辨本领 · 176
5.6.3 光刻机突破衍射极限 · 180
5.7 双缝夫琅禾费衍射 182
5.7.1 双缝衍射强度分布 182
5.7.2 双缝衍射的应用——瑞利干涉仪 185
5.8 多缝夫琅禾费衍射 186
5.8.1 强度分布 186
5.8.2 多缝衍射图样 188
5.9 衍射光栅 190
5.9.1 光栅的分光性能 · 191
5.9.2 闪耀光栅 195
5.9.3 迈克尔逊阶梯光栅 198
5.9.4 莫尔条纹 199
习题 204
第 6 章 光的偏振 207
6.1 偏振光概述· 207
6.1.1 自然光和偏振光的特点 207
6.1.2 获得偏振光的方法 208
6.1.3 马吕斯定律和消光比 · 210
6.2 偏振器件 211
6.2.1 晶体的双折射 211
6.2.2 偏振棱镜 212
6.2.3 波片 214
6.2.4 补偿器 · 215
6.3 偏振光和偏振器件的矩阵表示· 216
6.3.1 偏振光的矩阵表示 216
第 1 章 光的电磁理论基础· 1
1.1 光的电磁性质 1
1.1.1 麦克斯韦方程组 1
1.1.2 电磁场的波动方程· 7
1.2 平面电磁波及其性质 10
1.2.1 波动方程的平面电磁波解· 10
1.2.2 平面电磁波的表示方法 12
1.2.3 平面电磁波的性质 14
1.2.4 平面电磁波的应用 16
1.3 球面波及柱面波 17
1.3.1 球面波· 17
1.3.2 柱面波· 18
1.3.3 球面波的前沿应用 19
1.4 光在两介质分界面上的反射和折射 20
1.4.1 电磁场的边界条件 20
1.4.2 光在介质分界面处的反射和折射 22
1.4.3 菲涅耳定律· 25
1.4.4 菲涅耳定律的讨论 29
1.4.5 反射比和透射比· 37
1.5 倏逝波 39
1.5.1 倏逝波的概念 39
1.5.2 倏逝波的应用 40
1.6 光的吸收､色散和散射· 41
1.6.1 光的吸收 41
1.6.2 光的色散 43
1.6.3 光的散射 44
习题 45
第 2 章 光波的叠加 · 49
2.1 两频率相同､振动方向相同的单色
光波的叠加 49
2.1.1 代数加法 · 49
2.1.2 复数加法 · 50
2.1.3 合成光波的光强分布 52
2.2 驻波 53
2.2.1 驻波表达式 53
2.2.2 驻波在生活中的应用 54
2.3 两频率相同､振动方向相互垂直的
光波的叠加 55
2.3.1 椭圆偏振光 55
2.3.2 几种特殊情况 · 57
2.3.3 左旋和右旋 58
2.3.4 利用全反射产生椭圆和圆偏振光 · 59
2.4 两频率不同的光波的叠加 · 60
2.4.1 光学拍 60
2.4.2 相速度与群速度 61
2.4.3 光学拍的应用 · 63
习题 · 67
第 3 章 双光束干涉及应用·69
3.1 光干涉的基本条件及实现方法 · 69
3.1.1 干涉的基本条件 69
3.1.2 实现干涉的基本方法 71
3.2 杨氏双缝干涉 72
3.2.1 杨氏双缝干涉的原理 72
3.2.2 杨氏双缝干涉的强度分布 73
3.2.3 杨氏双缝干涉的条纹形状 73
3.2.4 其他分波前干涉装置 77
3.3 影响干涉条纹对比度的因素 82
3.3.1 两相干光波振幅比的影响 83
3.3.2 光源大小的影响 84
3.3.3 光源非单色性的影响 87
3.4 干涉条纹的类型和位置 91
3.4.1 条纹的类型· 91
3.4.2 条纹的定域· 91
3.4.3 条纹的位置· 92
3.5 平行平面膜的双光束干涉 93
3.5.1 平行平面膜的双光束干涉原理· 95
3.5.2 平行平面膜的双光束干涉应用· 99
3.6 楔形膜的双光束干涉 103
3.6.1 楔形膜的双光束干涉原理· 103
3.6.2 楔形膜的双光束干涉图样· 104
3.6.3 楔形膜双光束干涉的应用· 105
3.7 双光束干涉仪 · 111
3.7.1 迈克尔逊干涉仪· 111
3.7.2 激光干涉仪引力波探测器· 113
3.7.3 泰曼干涉仪· 116
3.7.4 斐索干涉仪· 119
3.7.5 激光外差干涉仪· 120
3.7.6 白光干涉仪· 122
习题 124
第 4 章 多光束干涉及应用·128
4.1 多光束干涉的原理 · 128
4.1.1 多光束干涉的强度分布 129
4.1.2 多光束干涉图样的特点 130
4.1.3 干涉条纹的锐度· 132
4.2 法布里-珀罗干涉仪 133
4.2.1 法布里-珀罗干涉仪的结构和原理· 133
4.2.2 法布里-珀罗干涉仪的应用 135
4.3 薄膜波导 · 141
4.3.1 薄膜波导的传播模式· 141
4.3.2 薄膜波导中的场分布· 144
4.3.3 薄膜波导的光耦合 147
习题 150
第 5 章 光的衍射·152
5.1 惠更斯-菲涅耳原理 152
5.1.1 惠更斯原理· 152
5.1.2 惠更斯-菲涅耳原理的数学表达式· 153
5.2 基尔霍夫衍射理论 · 154
5.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理· 154
5.2.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 156
5.2.3 巴俾涅原理· 158
5.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 158
5.3.1 两类衍射现象的特点 · 159
5.3.2 两类衍射的近似计算公式 · 159
5.4 矩形孔和单缝的夫琅禾费衍射· 163
5.4.1 夫琅禾费衍射装置 163
5.4.2 夫琅禾费衍射公式的意义 · 164
5.4.3 矩形孔的夫琅禾费衍射 165
5.4.4 单缝的夫琅禾费衍射 · 168
5.5 圆孔的夫琅禾费衍射· 171
5.5.1 强度公式 171
5.5.2 衍射图样分析 172
5.6 光学成像系统的衍射和分辨本领 174
5.6.1 成像系统的衍射现象 · 174
5.6.2 成像系统的分辨本领 · 176
5.6.3 光刻机突破衍射极限 · 180
5.7 双缝夫琅禾费衍射 182
5.7.1 双缝衍射强度分布 182
5.7.2 双缝衍射的应用——瑞利干涉仪 185
5.8 多缝夫琅禾费衍射 186
5.8.1 强度分布 186
5.8.2 多缝衍射图样 188
5.9 衍射光栅 190
5.9.1 光栅的分光性能 · 191
5.9.2 闪耀光栅 195
5.9.3 迈克尔逊阶梯光栅 198
5.9.4 莫尔条纹 199
习题 204
第 6 章 光的偏振 207
6.1 偏振光概述· 207
6.1.1 自然光和偏振光的特点 207
6.1.2 获得偏振光的方法 208
6.1.3 马吕斯定律和消光比 · 210
6.2 偏振器件 211
6.2.1 晶体的双折射 211
6.2.2 偏振棱镜 212
6.2.3 波片 214 6.2.4 补偿器 · 215
6.3 偏振光和偏振器件的矩阵表示· 216
6.3.1 偏振光的矩阵表示 216
3.4.1 条纹的类型· 91
3.4.2 条纹的定域· 91
3.4.3 条纹的位置· 92
3.5 平行平面膜的双光束干涉 93
3.5.1 平行平面膜的双光束干涉原理· 95
3.5.2 平行平面膜的双光束干涉应用· 99
3.6 楔形膜的双光束干涉 103
3.6.1 楔形膜的双光束干涉原理· 103
3.6.2 楔形膜的双光束干涉图样· 104
3.6.3 楔形膜双光束干涉的应用· 105
3.7 双光束干涉仪 · 111
3.7.1 迈克尔逊干涉仪· 111
3.7.2 激光干涉仪引力波探测器· 113
3.7.3 泰曼干涉仪· 116
3.7.4 斐索干涉仪· 119
3.7.5 激光外差干涉仪· 120
3.7.6 白光干涉仪· 122
习题 124
第 4 章 多光束干涉及应用·128
4.1 多光束干涉的原理 · 128
4.1.1 多光束干涉的强度分布 129
4.1.2 多光束干涉图样的特点 130
4.1.3 干涉条纹的锐度· 132
4.2 法布里-珀罗干涉仪 133
4.2.1 法布里-珀罗干涉仪的结构和原理· 133
4.2.2 法布里-珀罗干涉仪的应用 135
4.3 薄膜波导 · 141
4.3.1 薄膜波导的传播模式· 141
4.3.2 薄膜波导中的场分布· 144
4.3.3 薄膜波导的光耦合 147
习题 150
第 5 章 光的衍射·152
5.1 惠更斯-菲涅耳原理 152
5.1.1 惠更斯原理· 152
5.1.2 惠更斯-菲涅耳原理的数学表达式· 153
5.2 基尔霍夫衍射理论 · 154
5.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理· 154
5.2.2 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 156
5.2.3 巴俾涅原理· 158
5.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 158
5.3.1 两类衍射现象的特点 · 159
5.3.2 两类衍射的近似计算公式 · 159
5.4 矩形孔和单缝的夫琅禾费衍射· 163
5.4.1 夫琅禾费衍射装置 163
5.4.2 夫琅禾费衍射公式的意义 · 164
5.4.3 矩形孔的夫琅禾费衍射 165
5.4.4 单缝的夫琅禾费衍射 · 168
5.5 圆孔的夫琅禾费衍射· 171
5.5.1 强度公式 171
5.5.2 衍射图样分析 172
5.6 光学成像系统的衍射和分辨本领 174
5.6.1 成像系统的衍射现象 · 174
5.6.2 成像系统的分辨本领 · 176
5.6.3 光刻机突破衍射极限 · 180
5.7 双缝夫琅禾费衍射 182
5.7.1 双缝衍射强度分布 182
5.7.2 双缝衍射的应用——瑞利干涉仪 185
5.8 多缝夫琅禾费衍射 186
5.8.1 强度分布 186
5.8.2 多缝衍射图样 188
5.9 衍射光栅 190
5.9.1 光栅的分光性能 · 191
5.9.2 闪耀光栅 195
5.9.3 迈克尔逊阶梯光栅 198
5.9.4 莫尔条纹 199
习题 204
第 6 章 光的偏振 207
6.1 偏振光概述· 207
6.1.1 自然光和偏振光的特点 207
6.1.2 获得偏振光的方法 208
6.1.3 马吕斯定律和消光比 · 210
6.2 偏振器件 211
6.2.1 晶体的双折射 211
6.2.2 偏振棱镜 212
6.2.3 波片 214
6.2.4 补偿器 · 215
6.3 偏振光和偏振器件的矩阵表示· 216
6.3.1 偏振光的矩阵表示 216
