现代光学手册

第一篇
第一章 光学总论
光学的研究对象
光的波粒二象性
麦克斯韦方程
波动方程和单色平面波
光子
光谱学
现代应用光学
电光学
声光学
导波和集成光学
光学双稳态性能和光计算机
非线性光学
相位共轭光学
第二章 几何光学
几何光学
光线
光的直线传播定律
光的独立传播定律
光速
折射率
光的反射和折射定律
法线线汇
马吕斯-杜宾定理
光程
实像与虚像
光束
全反射和临界角
发光点
费马原理
实物与虚物
理想光具组和共轭点
物方和像方
平面反射镜
平行平面玻璃板
等光程面
单球面的折射和符号规定
光线追迹公式
近轴光学(高斯光学，一阶光学)
近轴条件
近轴物体
单球面的折射成像
球面镜成像
拉格朗日-亥姆霍兹不变量
同轴光组、基点和基面
焦点和焦面
主点和主面
节点和节面
焦距
焦节距
同轴光组的组合
高斯公式和牛顿公式
主光轴和辅助光轴
成像作图法
平行光线法
倾斜光线法
光焦度(折射本领)、屈光度
横向放大率
轴向(纵向)放大率
角度放大率
三种放大率之间的关系
透镜
薄透镜和厚透镜
光心
物像性质的图解法
同轴光组中虚物和虚像的判断
高斯公式的列线图解
孔径光阑
光阑
视场光阑
入射光瞳和出射光瞳
主光线和边部光线
视场和渐晕
遮闪光阑
入射窗和出射窗
光线追迹的作图法
子午光线与不交轴光线
近轴光学中的矩阵方法
折射矩阵、平移矩阵和系统矩阵
高斯常数
物像矩阵
像差
彗差
球差
像散和场曲
畸变
色差
第三章 干涉和衍射
波的叠加原理
波的干涉
光的相干条件
相干光源
线偏振光产生干涉的条件
分波阵面干涉仪——杨氏实验
菲涅耳双反射镜
菲涅耳双棱镜
薄膜干涉
洛埃镜
等倾条纹
劈尖膜产生的条纹——等厚条纹
牛顿环
迈克耳孙干涉仪
迈克耳孙-莫雷实验
特外曼-格临干涉仪
多光束干涉
法布里-珀罗干涉仪(标准具)
干涉条纹的锐度
分辨性的瑞利判据
分辨本领
自由光谱范围
夫琅和费衍射和菲涅耳衍射
惠更斯-菲涅耳原理
光的衍射
夫琅和费单缝衍射
单缝衍射的光强分布
多缝夫琅和费衍射
衍射光栅
衍射光栅的光强度分布
闪耀光栅
衍射光栅的分辨本领、角色散和自由光谱范围
第四章 偏振
自然光——非偏振光
反射和折射引起的偏振(布儒斯特定律)
方解石中的双折射
单轴晶体中的波面——惠更斯作图法
单轴晶体的折射率
双折射起偏器
尼柯耳棱镜
格兰-傅科起偏器
格兰-汤普逊起偏器
渥拉斯顿棱镜
二向色性与人造偏振片
检偏器
马吕斯定律
推迟器(晶片)
从晶片出射的合波
波片、λ/4波片、半波片、全波片
圆起偏器
补偿器
偏振光的干涉
显色偏振
光弹性应力分析
克尔电光效应、克尔光闸
泡克耳斯效应、泡克耳斯盒
磁场中的人为双折射
第五章 辐度学及光度学
辐射能量和通量
光谱量和非光谱量
辐度量和光度量
辐射(发光)强度
辐亮度(光亮度)
辐照度(光照度)
辐射能(光能)密度
黑体辐射的光谱分布(普朗克辐射定律)
黑体
绝对黑体辐射：斯忒藩-玻尔兹曼定律
黑体辐射的近似光谱分布(维恩近似和瑞利-金斯近似)
维恩位移定律
黑体辐射的归一化光谱分布函数
黑体辐射的归一化积分光谱分布函数
光量子辐射理论
黑体光亮度
黑体辐射的光效能
作为辐射参数的温度
黑体辐射的色品
辐射比
吸收比
基尔霍夫定律
反射比
双向光谱反射比分布函数
部分反射比
反射比因数
反射比的倒易性
漫射反射比
规则(镜面)反射比
透射比
光反射比和透射比
(光)亮度因数
吸收比、透射比和反射比之间的关系
热光源
气体放电光源
第六章 光源
激光光源
太阳
月亮和行星
光的主基准
白炽灯
电弧
低压汞灯
高压汞灯
超高压汞灯
低压钠灯
高压钠灯
金属卤化物灯
氙灯
脉冲灯
原子光谱灯
场致发光屏
发光二极管
第七章 色度学
色
色度学
孔色
明度、色调和饱和度
加色
减色
牛顿色盘
假同色和真同色
CIE 1931标准色度观察者
CIE 1931色度图
视觉信号表面色
CIE 1976(L*?*υ*)空间
CIE 1964补充标准色度观察者
标准施照体
反射率标准
照明条件和观测条件
颜色的度量
色度仪器
第八章 光谱学
辐射
发射本领
吸收本领
黑体辐射流密度
经典阻尼振子
经典自由振子
电偶极子
多极矩
偶极辐射
偶极辐射频谱
偶极辐射吸收
自发发射
受激发射
受激吸收
爱因斯坦关系
偶极矩矩阵元
跃迁几率
振子强度
自吸收
辐射和吸收功率
共振陷禁
光谱线的自然宽度
光谱线的多普勒宽度
碰撞展宽
斯塔克展宽
玻尔原子模型及原子谱线系
光谱项及其符号(不包括自旋)
选择定则
包括自旋的原子能级的光谱项符号
正常塞曼效应
光谱线精细结构
光谱线的超精细结构
同位素超精细结构
亚稳态
核矩超精细结构
禁戒谱线
分子光谱
分子转动光谱
分子振动光谱
电子光谱
分子光谱的谱带支
分子喇曼光谱
激子光谱
激光饱和吸收光谱
双光子吸收光谱
光声光谱
人眼的构造
第九章 眼睛和视觉
视轴
角膜
前房
瞳孔
晶状体
玻璃体
眼球赤道线和子午线
眼球光学媒质的透射光谱
视网膜
视觉过程
示意眼
简约眼
眼的调节
眼的反射像
方向灵敏度
眼的像差
视觉
视角
视力
辨别阈值
空间频率特性
截止频率
对比感受性
多通道模型
视野
适应
视网膜光照度
色觉机制
色觉的信息处理
立体视觉
辐辏
感受野
X细胞、Y细胞和W细胞
屈光异常
不等像视现象
老视眼
眼镜的顶点屈光力
用于近视和远视的眼镜
散光眼镜
临界闪光频率
时间总和和空间总和
光纤
第十章 光导纤维光学
单模光纤
多模光纤
阶跃光纤
梯度光纤
石英光纤
多组分玻璃光纤
塑料光纤
红外光导纤维
紫外光导纤维
有源光导纤维
自聚焦光导纤维
导光缆
传像束
传光束
纤维镜
纤维板
子午射线
歪斜射线
受导射线
不受导射线
泄漏射线
横电波模式
横磁波模式
混合模式
筒并模式
特征频率
数值孔径
受光角
光纤散射损耗
光纤吸收损耗
光纤端面的反射损耗
模色散
材料色散
光脉冲加宽
光纤传输带宽
冲击响应及上升沿
脉冲的半宽度
均方根脉宽
光纤传递函数
光纤带宽能力
直接耦合
光纤传感器
透镜耦合
光纤通信
第十一章 大气的光学性质
大气
大气结构
电离层
典型的大气模型
均匀混合气体的浓度
气溶胶的分布
布格尔定律
光谱吸收率和光谱透射率
吸收函数和透射函数
衰减系数
气溶胶散射系数和吸收系数
分子散射系数和吸收系数
分立谱线的吸收
大气路程透射率
散射和吸收系数数据
内插程序
低分辨率大气透射率
大气窗口区域的连续吸收
频带模型法概述
透射率的强谱线近似和弱谱线近似
经验透射率函数
等效常压路程和吸收总量
分子吸收的等效海平面路程长
氮连续吸收区(4?m)的等效海平面路程长
水蒸气连续吸收的等效海平面路程长
分子散射的等效海平面路程长
气溶胶消光的等效海平面路程长
等效路程图的使用方法
预测图的说明和使用方法
臭氧吸收的等效海平面路程长
低分辨率透射率的计算精度
透射和反射的天空辐射率
大气的红外发射
大气的折射效应
云雾对大气辐射的影响
吸收剂浓度
第十二章 水的光学性质
若干关系式(辐射率与辐照度间的几何联系)
海洋光学的三个基本量
海洋中颗粒性物质
瑞利理论
起伏理论
海水折射率和色散
梅氏理论
体积散射函数
散射光的偏振
总入射辐射的频谱分布
直接辐射的反射率
漫辐射的反射率
总辐射的反射率
波浪对反射率的影响
漫反射系数的概念
海表面的折射
海面辐射率与辐照度的变化
散射光的简单积分
向下辐照度与太阳高度的关系
标量辐照度
辐射传输方程
目标表观辐射率的实测公式
钱德拉塞卡方法
蒙特-卡罗方法
向上和向下辐照度的关系
辐射率分布的渐近状态
实测辐射率分布
实测辐射率衰减系数
单位长度准直光束透射率
辐照度衰减系数
向下辐照度的实测结果
向上辐照度的实测结果
实测标量辐照度
对比度
场辐射率的能见度
第十三章 傅里叶光学基础、全息术
空间频率
复振幅
正弦光栅
正弦光栅衍射的特征
傅里叶频谱面
透镜的位相变换
傅里叶变换
卷积
相关
点扩展函数
光学传递函数
阿贝成像原理
空间滤波
相干光学处理系统
位相反衬法
分色滤波(θ调制)
图像加减法
除法滤波器
全息照相原理
全息照相的记录、再现和特点
全息显微术
全息干涉计量术
体积全息
全息信息存储
全息透镜
全息光栅
复合全息
傅里叶全息图
匹配滤波器
特征识别
散斑
散斑的形成
激光散斑的统计性质
散斑照相术
散斑术的应用
光与物质相互作用的三个过程
第十四章 激光
激光
玻尔兹曼分布律
粒子数的反转分布
泵浦过程
三能级系统
四能级系统
泵浦的量子效率
荧光量子效率
三能级系统的速率方程
四能级系统的速率方程
激光的速率方程理论
自发辐射的经典理论
光与物质相互作用的经典理论
光与物质相互作用的半经典理论
量子电偶极矩的运动方程
激光振荡的拉姆理论
光与物质相互作用的全量子理论
激光的全量子理论
光学谐振腔的类型
光学谐振腔的模式
光学谐振腔的作用
光学谐振腔的费涅尔数
光学谐振腔的g参数
光学谐振腔的损耗
单程损耗因子
损耗速率
元源谐振腔线宽
光子的平均寿命
谐振腔的Q值
用于光学谐振腔的几何光学理论
光线传输的矩阵表示
腔内光线往返传播的矩阵表示
共轴球面腔的稳定性条件
稳定图
稳定性判别法
衍射积分方程
平行平面腔模的迭代解
稳定球面腔的模式
高斯光束
谐振频率
模体积
基模远场发散角
高斯光束的q参数
高斯光束在自由空间的传播
高斯光束的透镜变换
高斯光束的聚焦
高斯光束的准直
非稳腔
非稳腔的共轭像点
非稳腔的自再现波型
非稳腔的几何放大率
非稳腔的能量损耗率
连续激光器
吸收截面
吸收系数
增益系数
小信号增益
增益饱和
均匀展宽的增益饱和
烧孔效应
阈值条件
稳定振荡条件
模式竞争
空间烧孔效应
连续激光器的输出功率
最佳透射率
拉姆凹陷
单模激光器的线宽极限
频率牵引效应
脉冲激励过程
脉冲激光器
阈值泵浦能量
输出能量
驰豫振荡效应
固体激光器
固体激光器的基本结构
红宝石激光器
YAG激光器
钕玻璃激光器
气体激光器
气体激光器的基本结构
气体激光器的激励
二氧化碳激光器
氦氖激光器
氩离子激光器
氮分子激光器
准分子激光器
半导体激光器
P-N结注入式半导体激光器的工作原理
同质结半导体激光器
单异质结半导体激光器
双异质结半导体激光器
电子束激励半导体激光器
分布反馈式半导体激光器
染料激光器
染料分子的能级图
脉冲泵浦染料激光器
连续波染料激光器
染料激光器的调谐
液体激光器
化学激光器
气动激光器
色心激光器
Q开关技术
Q开关原理
Q开关激光器的峰值功率
巨脉冲能量
转镜Q开关
染料Q开关
电光晶体Q开关
脉冲透射式Q开关
声光Q开关
激光放大
长脉冲激光放大器理论(连续激光放大器理论)
脉冲激光放大器理论
注入放大技术
模式选择技术
横模选择技术
纵模选择技术
激光稳频
频率稳定性、复现性
拉姆凹陷稳频
双频稳频激光器
饱和吸收稳频
锁模技术
锁模原理
自锁模
内调制锁模
被动锁模
脉冲碰撞锁模
第十五章 光学调制
光学调制
光幅度调制
光频率调制和相位调制
光强度调制
光脉冲调制
电光调制器
纵向调制器
横向调制器
电光相位调制器
克尔电光调制器
声光效应
声光调制
声光材料
磁光调制
直接调制
第十六章 非线性光学
各向异性晶体
各向异性介质的极化率
各向异性介质中的介电张量
恒定能量椭球面
各向异性介质中的场方程
单色平面电磁波在晶体中的结构
折射率椭球(光率体)
单轴晶体的折射率椭球
折射率曲面
非线性极化
非线性极化系数
三波混频
密勒规则
有效非线性极化系数
非线性介质中的波动方程
三波混频耦合波振幅方程
Manley-Rowe关系
光学倍频
相位匹配
相位匹配方法
非共线匹配
光学和频与差频
光学参量放大和振荡效应
产生二次非线性效应的工作物质
四波混频效应
受激喇曼散射
受激布里渊散射
强光自聚焦
光学相位共轭效应
第二篇 光学发展简史及光学家简介
第一章 光学发展简史
一、几何光学基础的奠定
二、光的微粒说与波动说之争
三、光的电磁理论的发展
四、量子光学的建立
五、激光由来与激光器的问世
六、现代光学的发展
第二章 光学大事年表
第三章 光学家简介
墨翟
阿勒哈森
沈括
赵友钦
伽利略
斯涅耳
笛卡尔
费马
开普勒
格里马耳迪
孙运球
惠更斯
胡克
牛顿
布拉德莱
杨氏·托马斯
马吕斯
郑复光
夫琅和费
菲涅耳
傅科
邹佰奇
麦克斯韦
李普曼
伦琴
迈克尔孙
赫兹
普朗克
爱因斯坦
劳厄
玻尔
译尼克
喇曼
饶毓泰
瓦维洛夫
康普顿
塔姆
严济慈
吴有训
加伯
赵忠尧
卡斯特勒
龚祖同
切伦科夫
弗兰克
拉姆
王大珩
汤斯
普罗霍洛夫
瑟巴
布隆伯根
巴索夫
肖洛
恰范
第三篇 实验技术
第一章 光学实验方法基础
一、实验室常用光源
1.白炽灯
2.气体放电光谱管
3.钠光灯和水银灯
4.激光器
二、透镜、平面镜、反射棱镜及透镜-针孔滤波器
1.透镜
2.平面反射镜
3.反射棱镜
4.透镜-针孔滤波器
1.分光系统的性能参量
三、分光
2.棱镜分光系统
3.光栅分光系统
4.干涉分光系统
四、波长的测量
1.单色仪的定标
2.摄谱仪的波长内插法
3.在干涉仪上用精密小数法测波长
五、光源发光强度和光谱能量分布的测量
1.光强度和光照度的测量
2.光源的光谱能量分布的测量
六、偏振光的分析和偏振度的测量
1.偏振器的透射比、偏振度和消光比
2.偏振光的分析
3.巴俾涅补偿器和萨伐尔板
4.偏振度的测量
七、折射率和色散的测量
1.测角法
2.浸液法
3.干涉法
4.光度法
八、光速的测量
1.旋转齿轮法
2.旋转棱镜法
3.克尔盒法
4.声光调制法
6.激光测速法、光速的标准值
5.微波谐振腔法
第二章 几何光学仪器
一、放大镜
二、显微镜
三、望远镜
四、照相机
五、幻灯机和电影放映机
六、棱镜光谱仪
第三章 光电探测
一、光电探测器的性能参数
1.量子效率
2.截止波长
3.响应度
5.响应时间
4.光谱响应
6.频率响应
7.等效噪声功率
8.探测度
9.光电探测器的噪声
二、光电探测器的分类
1.热电探测器
2.光电探测器
三、几种常用的光电探测器
1.光电倍增管
2.光电池
3.耗尽层光电二极管
4.雪崩光电二极管
一、卤化银感光材料及其结构
第四章 光敏材料
1.感光材料及其结构
2.感光乳剂
3.卤化银
4.明胶
5.片基
6.附加层
二、卤化银感光材料的物理特性
1.曝光密度
2.互易律
3.感光材料特性曲线
4.感光度
5.反差
6.宽容度
8.颗粒度
7.感色性
9.解相力和清晰度
10.灰雾
三、成像过程
1.卤化银的光化学反应
2.潜影及其生成过程
3.化学增感
4.化学增感
5.显影处理
四、彩色感光材料
1.色彩三基色原理
2.加色法
3.减色法
4.多层彩色胶片的结构及彩色生成
五、光致变色材料
1.光致变色材料
2.感光树脂
第五章 光学薄膜和滤光片
一、滤光片的一般理论
1.光谱透射率 光谱反射率 光密度
2.表面反射损失 内透射率
3.平面平行滤光片组合的透射率
4.组合式反射滤光片
二、吸收滤光片
1.有关吸收的定律
2.颜色玻璃滤光片
3.其他固体、液体和气体吸收滤光片(器)
4.薄膜吸收滤光片
三、光学干涉薄膜
5.中性密度滤光片
1.计算方法
2.单层薄膜
3.增透射膜
4.高反射膜
四、干涉滤光片
1.法布里-珀罗干涉滤光片
2.带通滤光片
3.截止滤光片
第六章 光学材料的性质
一、光学玻璃
二、可见光谱区玻璃
三、红外材料
四、紫外材料
七、光纤玻璃材料
五、耐辐射防辐射光学玻璃
六、有色光学玻璃
八、光学塑料
九、反射镜面材料
十、光学胶合剂
十一、电光材料
第四篇 数据与图表
一、光学量的常用基本图表
4-1 用光谱辐亮度L·λ表示基本辐变量和光度量
4-2 标准术语和符号
4-3 非法定的标准术语和符号
4-4 基本辐射度量和光度量的名称、符号和单位
4-7 光亮度单位
4-5 表面光通量密度单位
4-6 光照度单位的换算
4-8 光亮度的换算系数
4-9 光密度-透射率表
4-10 国产几种白炽灯的参数
4-11 低压水银荧光灯的主要参数
4-12 几种高压水银荧光灯的参数
4-13 紫外线高压汞灯规格
4-14 几种固体激光器用脉冲灯的规格
4-15 光谱三刺激值和色度坐标
4-16 光谱三刺激值和色度坐标(CIEl964补充标准)
4-17 CIE标准施照体A、B、C和D65的相对光谱辐照度分布
4-18 元素的电子组态和基项
4-19 玻璃光纤芯料配方
4-20 玻璃光纤涂层料配方
4-21 用于计算大气光学性质的大气模型
4-22 均匀混合气体的浓度
4-23 气溶胶模型：晴朗和阴云型大气的垂直分布
4-24 气溶胶的复折射率n-n′i，n为实部，n′为虚部(吸收)
表4-25 常用激光波长
表4-26 每km大气衰减系数与高度的关系(对每一种激光波长，每一种大气模型)
表4-27 海洋光学中的常用术语
表4-28 海洋光学常用术语、符号对照
表4-29 晴天辐射率分布
表4-30 阴天辐射率分布
表4-31 晴天辐射率衰减系数K值
表4-32 阴天辐射率衰减系数K值
表4-33 光谱漫射衰减系数Kd和Ku(对三种水光谱分辨率5.6nm)
表4-34 光谱幅照度反射比(对两种水、光谱分辨率5.6nm)
表4-35 “清洁”水光学性质的实验数据与计算值
表4-36 声光材料及其物理性能
二、换算因子
表4-37 分数英寸换算力小数英寸和毫米
表4-38 毫米换算为小数英寸
表4-39 小数英寸换算为毫米
表4-40 长度
表4-41 面积
表4-42 体积
表4-43 压强
表4-44 力
表4-45 力矩
表4-46 质量
表4-47 速度
表4-48 加速度
表4-49 度、分、秒换算为弧度
表4-50 弧度换算为度、分、秒
表4-51 分、秒、分数化为小数的当量值
表4-52 平均太阳时
表4-53 密度—透射率(比)
三、物理量单位和常数量
表4-54 国际制基本单位和辅助单位
表4-55 国际制导出单位
表4-56 具有专门名称的非国际单位制单位
表4-57 物理常数
主要参考文献
外文索引