光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版) [Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Pr]

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[德] Max Born(马科斯.玻恩),(美)Emil Wolf(埃米尔.沃耳夫) 著,杨葭荪 译
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出版社: 电子工业出版社
ISBN:9787121289323
版次:7
商品编码:11962070
包装:平装
外文名称:Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Pr
开本:16开
出版时间:2016-06-01
用纸:胶版纸
页数:844
字数:1369000
正文语种:中

具体描述

内容简介

本书是一部经典光学世界名著。全书以麦克斯韦宏观电磁理论为基础,系统阐述光在各种媒质中的传播规律,包括反射、折射、偏振、干涉、衍射、散射以及金属光学(吸收媒质)和晶体光学(各向异性媒质)等。几何光学也作为极限情况(波长趋于0)而纳入麦克斯韦方程系统,并从衍射观点讨论了光学成像的像差问题。新版增加了计算机层析术、宽带光干涉、非均匀媒质光散射等内容。本书引文丰富且所涉广泛,上溯历史,下至近代,旁及有关学科和应用,故能于一专著中给读者以宽阔视野与充分求索之空间。全书共十五章,前半部分为基础内容,后半部分层次较深。本书基础性、系统性和学术性兼备,可供光学教学与研究人员包括高年级本科生、研究生等阅读和参考。

作者简介

杨葭荪:北京大学物理学院教授,我国著名光学家,长期从事光学领域的教学与育人工作,治学严谨,为国家培养了大量德才兼备的优秀人才。

马科斯?玻恩:20世纪*杰出和*有影响力的物理学家之一,曾对量子力学基础的奠定做出过重大贡献,并因此获得1954年诺贝尔物理学奖,在其他物理学分支如晶格动力学理论方面的成就也十分突出,所创建的哥廷根理论物理学派当时名列世界首位,对物理学的发展产生过很大影响。

目录

历史引言 I

第1章 电磁场的基本性质 1
1.1 电磁场 1
1.1.1 麦克斯韦方程 1
1.1.2 物质方程 2
1.1.3 突变面处的边界条件 3
1.1.4 电磁场的能量定律 6
1.2 波动方程和光速 9
1.3 标量波 12
1.3.1 平面波 12
1.3.2 球面波 13
1.3.3 谐波和相速 14
1.3.4 波包和群速 16
1.4 矢量波 20
1.4.1 一般的电磁平面波 20
1.4.2 谐电磁平面波 21
1.4.3 任意形式的谐矢量波 28
1.5 平面波的反射和折射 32
1.5.1 反射定律和折射定律 32
1.5.2 菲涅耳公式 34
1.5.3 反射率和透射率;反射和折射产生的偏振 36
1.5.4 全反射 41
1.6 波在分层媒质中的传播和介质膜理论 45
1.6.1 基本微分方程 46
1.6.2 分层媒质的特性矩阵 49
1.6.3 反射系数和透射系数 53
1.6.4 均匀介质膜 54
1.6.5 周期性分层媒质 59

第2章 电磁势和电磁极化 64
2.1 真空中的电动势 65
2.1.1 矢势和标势 65
2.1.2 推迟势 66
2.2 极化和磁化 68
2.2.1 用极化强度和磁化强度表示矢势和标势 68
2.2.2 赫兹矢量 72
2.2.3 一个线性电偶极子的场 73
2.3 洛伦兹-洛伦茨公式和初等色散理论 76
2.3.1 介电极化率和磁极化率 76
2.3.2 有效场 77
2.3.3 平均极化率:洛伦兹-洛伦茨公式 78
2.3.4 初等色散理论 81
2.4 用积分方程处理电磁波的传播 88
2.4.1 基本积分方程 88
2.4.2 埃瓦尔德-欧西恩消光定理和洛伦兹-洛伦茨公式的严格推导 89
2.4.3 借助埃瓦尔德-欧西恩消光定理处理平面波的折射和反射 93

第3章 几何光学基础 98
3.1 对于极短波长的近似处理 98
3.1.1 程函方程的推导 99
3.1.2 光线和几何光学的强度定律 101
3.1.3 振幅矢量的传播 105
3.1.4 推广和几何光学的适用范围 107
3.2 光线的一般性质 109
3.2.1 光线的微分方程 109
3.2.2 折射定律和反射定律 111
3.2.3 光线汇及其焦点特性 113
3.3 几何光学的其他基本定理 114
3.3.1 拉格朗日积分不变式 114
3.3.2 费马原理 115
3.3.3 马吕斯和杜平定理及一些有关定理 117

第4章 光学成像的几何理论 120
4.1 哈密顿特征函数 120
4.1.1 点特征函数 120
4.1.2 混合特征函数 122
4.1.3 角特征函数 123
4.1.4 旋转折射面的角特征函数近似形式 124
4.1.5 旋转反射面的角特征函数近似形式 127
4.2 理想成像 129
4.2.1 一般定理 129
4.2.2 麦克斯韦“鱼眼冶 133
4.2.3 面的无像散成像 135
4.3 具有轴对称的射影变换(直射变换) 136
4.3.1 一般公式 136
4.3.2 远焦情况 139
4.3.3 射影变换的分类 140
4.3.4 射影变换的组合 141
4.4 高斯光学 142
4.4.1 旋转折射面 142
4.4.2 旋转反射面 145
4.4.3 厚透镜 145
4.4.4 薄透镜 148
4.4.5 一般共轴系统 148
4.5 广角光锥的无像散成像 151
4.5.1 正弦条件 152
4.5.2 赫谢耳条件 153
4.6 像散光锥 153
4.6.1 细光锥的焦点特性 154
4.6.2 细光锥的折射 155
4.7 色差和棱镜的色散 158
4.7.1 色差 158
4.7.2 棱镜的色散 161
4.8 辐射度量学和孔径 164
4.8.1 辐射度量学的基本概念 164
4.8.2 光阑和光瞳 168
4.8.3 像的亮度和照度 170
4.9 光线追迹 172
4.9.1 斜子午光线 172
4.9.2 傍轴光线 174
4.9.3 不交轴光线 175
4.10 非球面的设计 178
4.10.1 轴上无像散的实现 178
4.10.2 不晕的实现 181
4.11 投影法图像重建(计算机层析术) 183
4.11.1 引言 183
4.11.2 吸收媒质中的光束传播 184
4.11.3 射线积分和投影 185
4.11.4 N维Radon 变换 186
4.11.5 计算机层析术的截面重建和投影-层析定理 188

第5章 像差的几何理论 192
5.1 波像差和光线像差;像差函数 192
5.2 施瓦茨蔡耳德微扰程函 196
5.3 初级(赛德尔)像差 199
5.4 初级像差的相加定理 205
5.5 一般共轴透镜系统的初级像差系数 207
5.5.1 利用两条傍轴光线表示的赛德尔公式 207
5.5.2 利用一条傍轴光线表示的赛德尔公式 211
5.5.3 佩茨瓦尔定理 212
5.6 例子:一个薄透镜的初级像差 213
5.7 一般共轴透镜系统的色差 217

第6章 成像仪器 220
6.1 眼睛 220
6.2 照相机 221
6.3 折射望远镜 225
6.4 反射望远镜 230
6.5 照明仪器 233
6.6 显微镜 235

第7章 干涉理论基础和干涉仪 239
7.1 引言 239
7.2 两个单色波的干涉 239
7.3 双光束干涉:波阵面分割 242
7.3.1 杨氏实验 242
7.3.2 菲涅耳双面镜和类似装置 244
7.3.3 准单色光条纹和白光条纹 246
7.3.4 使用狭缝光源;条纹的可见度 247
7.3.5 应用于测量光程差:瑞利干涉仪 250
7.3.6 应用于测量光源的角幅度:迈克耳孙测星干涉仪 252
7.4 驻波 257
7.5 双光束干涉:振幅分割 261
7.5.1 平行平面板产生的条纹 261
7.5.2 薄膜产生的条纹;斐索干涉仪 265
7.5.3 条纹的定域 270
7.5.4 迈克耳孙干涉仪 278
7.5.5 特怀曼-格林干涉仪和有关干涉仪 280
7.5.6 两块全同板产生的条纹:雅满(Jamin)干涉仪和干涉显微镜 284
7.5.7 马赫-曾德尔干涉仪;贝茨波阵面切变干涉仪 289
7.5.8 相干长度;双光束干涉在研究光谱线精细结构中的应用 293
7.6 多光束干涉 299
7.6.1 平行平面板的多光束干涉条纹 299
7.6.2 法布里-珀罗干涉仪 304
7.6.3 应用法布里-珀罗干涉仪研究光谱线的精细结构 308
7.6.4 应用法布里-珀罗干涉仪比较波长 313
7.6.5 陆末-格尔克干涉仪 316
7.6.6 干涉滤波器 321
7.6.7 薄膜多光束干涉条纹 324
7.6.8 两块平行平面板产生的多光束条纹 333
7.7 波长与标准米的比较 340

第8章 衍射理论基础 342
8.1 引言 342
8.2 惠更斯-菲涅耳原理 342
8.3 基尔霍夫衍射理论 347
8.3.1 基尔霍夫积分定理 347
8.3.2 基尔霍夫衍射理论 349
8.3.3 夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射 353
8.4 过渡到标量理论 357
8.4.1 单色振子产生的像场 357
8.4.2 总像场 360
8.5 各种形状光孔上的夫琅禾费衍射 362
8.5.1 矩孔和狭缝 362
8.5.2 圆孔 365
8.5.3 其他形状的孔 368
8.6 光学仪器中的夫琅禾费衍射 371
8.6.1 衍射光栅 371
8.6.2 成像系统的分辨本领 382
8.6.3 显微镜中的成像 385
8.7 直边菲涅耳衍射 395
8.7.1 衍射积分 395
8.7.2 菲涅耳积分 397
8.7.3 直边菲涅耳衍射 400
8.8 焦点附近的三维光分布状态 401
8.8.1 用洛默尔函数计算衍射积分 402
8.8.2 强度分布 406
8.8.3 积分强度 409
8.8.4 位相特性 411
8.9 边界衍射波 415
8.10 加伯波前重建成像法(全息学) 418
8.10.1 正全息图的制作 419
8.10.2 重建 420
8.11 瑞利-索末菲衍射积分 425
8.11.1 瑞利衍射积分 425
8.11.2 瑞利-索末菲衍射积分 427

第9章 像差的衍射理论 429
9.1 存在像差时的衍射积分 430
9.1.1 衍射积分 430
9.1.2 位移定理;参考球的更换 431
9.1.3 强度和波阵面平均形变之间的关系 433
9.2 像差函数的展开 433
9.2.1 泽尼克圆多项式 433
9.2.2 像差函数的展开 436
9.3 初级像差的容限条件 438
9.4 单种像差衍射图样 442
9.4.1 初级球差 444
9.4.2 初级彗差 447
9.4.3 初级像散 447
9.5 广延物的成像 450
9.5.1 相干照明 450
9.5.2 不相干照明 453

第10章 部分相干光的干涉和衍射 459
10.1 引言 459
10.2 实多色场的复数表示 461
10.3 光束的关联函数 466
10.3.1 两束部分相干光的干涉;互相干函数和复相干度 466
10.3.2 互相干的谱表示 469
10.4 准单色光的干涉和衍射 471
10.4.1 准单色光的干涉;互强度 472
10.4.2 扩展不相干准单色光源光场互强度和相干度的计算 474
10.4.3 一个例子 479
10.4.4 互强度的传播 484
10.5 宽带光的干涉和谱相干度;关联感生的光谱改变 486
10.6 几项应用 491
10.6.1 扩展不相干准单色光源像中的相干度 491
10.6.2 聚光器对显微镜分辨率的影响 494
10.6.3 部分相干准单色照明成像 498
10.7 有关互相干的几个定理 503
10.7.1 不相干光源光场互相干的计算 503
10.7.2 互相干的传播 505
10.8 严格的部分相干性理论 506
10.8.1 互相干的波动方程 506
10.8.2 互相干传播定律的严格表述 508
10.8.3 相干时间和有效光谱宽度 511
10.9 准单色光的偏振特性 514
10.9.1 准单色平面波的相干矩阵 515
10.9.2 几种等效表示;光波的偏振度 520
10.9.3 准单色平面波的斯托克斯参量 523

第11章 严格的衍射理论 526
11.1 引言 526
11.2 边界条件和表面电流 527
11.3 平面屏衍射;电磁形式的巴比涅原理 529
11.4 平面屏产生的二维衍射 530
11.4.1 二维电磁场的标量性质 530
11.4.2 平面波组成的角谱 530
11.4.3 对偶积分方程形式的表述 533
11.5 平面波的半平面二维衍射 534
11.5.1 E 偏振情况的对偶积分方程之解 534
11.5.2 解的菲涅耳积分表示 536
11.5.3 解的性质 539
11.5.4 H 偏振情况的解 543
11.5.5 一些数值计算 544
11.5.6 与近似理论和实验结果的比较 546
11.6 平面波的半平面三维衍射 547
11.7 定域光源所产生的场在半平面上的衍射 550
11.7.1 一个平行于衍射边的线电流 550
11.7.2 一个偶极子 554
11.8 其他问题 556
11.8.1 两个平行半平面 556
11.8.2 平行错位叠加半平面的无穷堆垛 558
11.8.3 一条窄带 559
11.8.4 其他相关问题 560
11.9 解的惟一性 561

第12章 光在超声波上的衍射 562
12.1 现象的定性描述和麦克斯韦微分方程的理论处理(概述) 562
12.1.1 现象的定性描述 562
12.1.2 麦克斯韦方程的理论处理(概述) 564
12.2 超声衍射的积分方程处理方法 567
12.2.1 E偏振情况的积分方程 568
12.2.2 积分方程的试探解 569
12.2.3 衍射谱中和反射谱中的光波振幅表达式 572
12.2.4 逐次逼近法的方程解 572
12.2.5 一些特别情况的一级和二级谱线强度表达式 575
12.2.6 一些定性结果 576
12.2.7 拉曼-纳斯近似 578

第13章 不均匀媒质产生的散射 580
13.1 标量散射理论基础 580
13.1.1 基本积分方程的推导 580
13.1.2 一级玻恩近似 583
13.1.3 周期势产生的散射 587
13.1.4 多重散射 590
13.2 散射势重建衍射层析术原理 592
13.2.1 散射场的角谱表示 593
13.2.2 衍射层析术的基本定理 595
13.3 光学截面定理 598
13.4 倒易关系 604
13.5 Rytov级数 606
13.6 电磁波的散射 608
13.6.1 电磁散射理论的积分-微分方程 608
13.6.2 远场 609
13.6.3 电磁波散射的光学截面定理 611

第14章 金属光学 614
14.1 波在导体中的传播 614
14.2 金属面的反射和折射 618
14.3 金属光学常数电子论初探 626
14.4 波在分层导电媒质中的传播;金属膜理论 628
14.4.1 透明基片上的单层吸收膜 629
14.4.2 吸收基片上的单层透明膜 633
14.5 导电球产生的衍射;?米氏理论 634
14.5.1 问题的数学解 635
14.5.2 米氏公式的一些结果? 647
14.5.3 总散射和消光 656

第15章 晶体光学 661
15.1 各向异性媒质的介电常数 661
15.2 各向异性媒质中单色平面波的结构 663
15.2.1 相速度和光线速度 663
15.2.2 光在晶体中传播的菲涅耳公式 666
15.2.3 确定传播速度和振动方向的几何作图法 669
15.3 单轴晶体和双轴晶体的光学特性 673
15.3.1 晶体的光学分类 673
15.3.2 光在单轴晶体中的传播 674
15.3.3 光在双轴晶体中的传播 676
15.3.4 晶体折射 679
15.4 晶体光学测量 686
15.4.1 尼科耳棱镜 686
15.4.2 补偿器 687
15.4.3 晶片干涉 690
15.4.4 单轴晶片的干涉图 694
15.4.5 双轴晶片的干涉图 696
15.4.6 晶体媒质的光轴定位和主折射率测定 698
15.5 应力双折射和形序双折射 699
15.5.1 应力双折射 699
15.5.2 形序双折射 702
15.6 吸收晶体 704
15.6.1 光在吸收型各向异性媒质中的传播 704
15.6.2 吸收晶片的干涉图 709
15.6.3 二向色性偏振器 711

附录A 变分法 714
A.1 欧拉方程――极值的必要条件 714
A.2 希尔伯特独立性积分和哈密顿-雅可比方程 715
A.3 致极曲线场 717
A.4 从哈密顿-雅可比方程的解确定全部致极曲线 719
A.5 哈密顿正则方程 720
A.6 自变量不显现在被积函数中时的特殊情况 721
A.7 不连续地段 722
A.8 Weierstrass条件和勒让德条件(极值的充分性条件) 724
A.9 当路线的一端点被约束在一曲面上时变分积分的极小值 726
A.10 雅可比极小值判据 727
A.11 例一:光学 727
A.12 例二:质点力学 729

附录B 光学、电子光学和波动力学 732
B.1 基本形式的哈密顿类似 732
B.2 变分形式的哈密顿类似 734
B.3 自由电子的波动力学 737
B.4 光学原理对电子光学的应用 738

附录C 积分的渐近近似 740
C.1 最陡下降法 740
C.2 稳定相法 744
C.3 二重积分 745

附录D 狄拉克 啄 函数 747

附录E 洛伦兹-洛伦茨定律严格推导所用的一个数学引理(2.4.2节) 752

附录F 电磁场中不连续态的传播(3.1.1节) 754
F.1 各场矢量中不连续变化的相互关系 754
F.2 运动不连续面处的场 756

附录G 泽尼克圆多项式(9.2.1节) 758
G.1 一些一般考虑 758
G.2 径向多项式的显表达式 760

附录H 谱相干度不等式的证明(10.5节) 764

附录I 倒易不等式的证明(10.8.3节) 765

附录J 两个积分的计算(12.2.2节) 767

附录K 标量波场中的能量守恒(13.3节) 770

附录L 琼斯引理的证明(13.3节) 772

著者索引 774

英汉内容索引 787

前言/序言

译者序


一个多世纪以前,麦克斯韦建立了经典电磁理论,证明光是一种电磁波,由此产生了光的电磁理论。光和电的统一,加速了光学及整个物理学的发展。上世纪60年代激光的出现,更标志着光学进入了一个新的发展阶段。虽然现代光学中的许多问题需要应用量子理论来处理,但经典电磁理论并未因此而失去它的价值和光彩,它仍然是我们掌握现代科学技术不可缺少的基础。


《光学原理》正是光的电磁理论方面一本时及近代、夙享盛誉的基本参考书,它是在M?玻恩Optik(1933)的基础上改编扩充写成的。Optik一书内容由宏观而微观,体系严谨,叙理明要,是当时公认的经典光学名著。《光学原理》初版于1959年——激光问世前一年,主要阐述宏观电磁理论,系统讨论光在各种媒质中传播的基本规律,包括反射、折射、干涉和衍射等。


“部分相干”一章是其特色所在,为著者E?沃耳夫的专门贡献,而编入加伯“波前重建(全息术)冶一节尤具卓见。四十年来,光学因激光而多方面获得惊人发展,本书原有内容已显不够充分,但始终未失其基本参考价值。这次第七版(扩充版)增加了若干章节,共近80 页(详见第七版序言),基础前沿兼备,面貌为之一新。


《光学原理》曾有过中译本,出版于1978—1985年间,系据原书第五版、第六版分上下册译出淤。这次根据其最新版(第七版)在参照前译基础上重新译出,错误之处诚望读者指正。


译本是献给读者的,也包含对昔日师长的感激和怀念。


杨葭荪




中译本校订版序


乘译本第二次印刷之机,对前版中所发现的若干错误,包括译文及排版的错误以及名词译名的不统一与不规范问题等等作了改正;并在此对一些给予指正的读者表示衷心感谢。


杨葭荪






第七版序言


40年前的这个月,M?玻恩和我将《光学原理》第一版序言发送给出版公司。从那之后,这本书共出过6 版,并重印过17 次(非正规版和几种译本未计算在内),大都仅做少量改正。最近,出版公司更易,新公司欣然表示愿重排全书,这使我有机会对本书进行比较实质性的改动。


第一版出版于激光问世前一年。激光器的发明在光学领域触发起一次强大的活动热潮,并迅速导致产生许多新领域,如非线性光学、纤维光学和光电子学。大量应用也随之接踵而来,在医学,在光学数据存储,在信息传递和在许多其他领域,比比皆是。量子光学则在更基础的水平线上蓬勃兴起,成为一个充满活力和迅速发展壮大的领域,给我们提供新的方法来检验量子物理学的某些基本假设,例如关于定域性和不可分辨性。上述这些领域所取得的进展既迅速又广阔,其中一些较新的范围本身已成为书著题材。


显然,《光学原理》如要时及近代,广收无遗,则新版帙幅将扩至数卷。因此,为了仍保持单册,这一新版仅增加了几个新的问题,其范围选择也仅限于可不对原书主体做较大变动。具体而言,所增新题材和章节如下:


(1)4.11节,本节介绍计算机轴向层析术(Computerized Axial Tomography,通称为CAT)的原理。这一学科始创于20 世纪60年代初期,曾在诊断医学中引发一场革命。这一节还讲述了CAT的理论基础——Radon变换,它早在1917年即已提出,后来才用于计算机轴向层析术,虽然其发明者当时并未料知有此。此项发明及其应用曾被授予三项诺贝尔奖,其重要性由此可见。晚近以来,CAT 扫描的基础理论得到更加广阔的应用,例如用于量子态重构。


(2)8.11节,讲述所谓瑞利-基尔霍夫衍射理论。这一理论自索末菲《光学》一书(出版于1954年)予以介绍之后,变得颇为流行。一些光学的科学家认为它比古老的经典基尔霍夫衍射理论更为可取。然而,这两个理论描写各种衍射效应究竟何者为优,尚无定论。


(3)10.5节,讨论近期发现的一些干涉效应,系由任何相干态的宽带光束叠加产生。对这些效应的分析表明,即使在这种情况下叠加区域可能看不到干涉条纹,该区域中光的分布也含有重要的物理信息,而当对叠加区中的光进行频谱分析时,该信息就显现出来。这时可以发现,不同的观察点,光的谱不同,并且从这种光谱变化可以测定该宽带光的相干性质。这个效应是空-频域(space-frequency domain)相干现象的一个例子。我们必须把它同更为常见而为人们所熟悉的空-时域(space-time domain)相干现象区别开来。空-频域相干效应的定量量度用的是所谓谱相干度(spectral degree of coherence),而空-时域用的是复相干度(complex degree of coherence)。谱相干度在本新版10.5节中导出,稍有修改。该节剖析有关实验时还初步介绍了关联产生的光谱改变现象,这个现象刚刚发现于10年多前,自那时后即获得广泛研究。


(4)新的第13章,介绍非均匀媒质的光散射理论。在光学研究方面这一课题晚近以来大为发展,虽然在量子力学的势散射方面实质相同的理论多年前即已完善建立起来。


这一章首先推导出线性各向同性物体光散射的基本积分方程,然后讨论此方程的级数形式解,并详细探讨一级玻恩近似和一级Rytov近似;本章还简要叙述了周期性结构媒质的经典散射理论,它是晶体X 射线衍射理论的基础;此外,这一章谈到的内容还有冯?劳尔方程、布拉格定律、埃瓦尔德反射球和埃瓦尔德极限球。近些年来这些问题在逆光散射的宽广区域变得重要起来,并获得多项新的应用,例如关于全息光栅。本章最后详细讲述光学截面定理(通常称为光学定理),这个问题在光学文献中,不管其名称如何,甚少谈及。


第13章讨论的另一个问题是衍射层析术。在新版4.11节所讨论的计算机轴向层析术中,辐射的波长并非无限小,但被忽略不计。当该技术用在X射线时,通常可允如此,但在采用光波或声波的应用中,这种近似常不适宜。衍射层析术考虑了辐射波长的有限性,因而能给出比较好的解。


除上述新增题材外,这一新版还增加了几个附录(附录H、附录K和附录L),并增补了许多新的参考文献,其中一些用以替换下那些比较老的;新版还对正文做了少量比较小的改动,目的一般在于改进文意表达,更新知识信息。


这里要衷心感谢一些同事、朋友和学生的帮助。我感激Harrison H.Barrett教授,他的有益建议使4.11节和13.2节计算机轴向层析术和衍射层析术的内容得到改进。我感谢我多年的朋友和同事Leonard Mandel 教授对手稿某些部分所做的有益评论。Doo Cho和V.N.Mahajan两位博士曾满腔热情地使我注意他们在前几版中所发现的错误,现均已做妥善处理。我的合作者Yajun Li,Taco D.Visser和我以前的学生Avshalom Gamliel,David G.Fischer和Kisik Kim各位博士曾阅读一些新章节并提出有益评论,使内容得到改进。我以前的学生Weijian Wang博士热心帮助准备了大部分插图。我特别感谢我现在的两位研究生P.Scott Carney和Greg J.Gbur,他们给予的帮助非价可计,他们帮助核对了公式计算和参考文献,更除错误之处,提出表述上的改进并帮助校对。


我愿向罗切斯特大学物理学、光学、天文学图书馆馆长Patricia Sulouff夫人表示我的谢忱,感谢她协助查找一些较偏僻的文献并搜寻到以前难以得到的论文和书籍。我还感谢Ellen Calkins夫人反复多次打印新章节手稿的草稿并准备著者索引。


大部分修订的准备工作完成于1998年春季我在Central Florida大学光学与激光研究教育中心(Center for Research and Education in Optics and Lasers,CREOL)任访问职务之际。我衷心感谢CREOL同事中M.J.Soileau,M.G.Moharam和G.I.Stegeman各位教授为本项工作提供了适宜的环境和诸多便利。


大多数著者的家庭生活,在伴侣一方忙于写著之时都蒙受影响。我亦不例外。但是我乐于说,我的夫人Marlies这个时期生活得十分愉快而无怨言。她还帮助校对原稿和校样,对此我深为感激。


我衷心感谢剑桥大学出版社员工给予的良好合作。特别感谢物理科学部出版主任Simon Capelin博士提供的极大帮助。Maureen Storey 夫人对全书编辑工作一丝不苟;Miranda Fyfe小姐,特别是Jayne Aldhouse夫人在颇紧时限如期出书方面给予合作,我亦于此一并致谢。


有时被问及关于我同M?玻恩合作,完成出版《光学原理》的情况。对此有兴趣的读者可在我“回忆M?玻恩冶(Recollections of Max Born)”一文中找到回答,该文发表于Optics News 9,10~16(November/December,1983)。


E?沃耳夫


1999年1月于纽约罗切斯特




《光之韵律:波动现象的奥秘与应用》 本书将带您踏上一段深入探索光波奥秘的旅程。我们聚焦于光作为一种波动现象,在传播、干涉和衍射过程中所展现出的迷人规律,并揭示其背后深刻的电磁理论基础。本书旨在为您提供一个清晰、严谨且富有洞察力的视角,去理解这些基本光学原理,并感受它们在现代科学技术中的广泛应用。 第一部分:光的波动本质与传播 我们将从光的波动性出发,阐述其作为一种电磁波的内在属性。您将了解到,光不仅仅是简单的“直线传播”,而是由相互垂直振荡的电场和磁场组成的能量波。我们将详细探讨光的传播介质,包括真空、透明介质以及不同介质中光的传播速度如何受到折射率的影响。通过对惠更斯原理的深入剖析,我们将理解波前是如何在介质中传播演化的,并为后续的干涉和衍射现象奠定坚实的基础。本部分还将涉及光的偏振现象,解释不同偏振态的产生机制及其表征方法,为理解光的波动特性提供更全面的认识。 第二部分:光波的和谐共舞——干涉现象 当两束或多束相干的光波在同一空间叠加时,便会产生令人惊叹的干涉现象。本书将深入解析干涉的基本原理,重点阐述相干性的概念,即光波频率相同且相位差保持恒定的条件,这是产生稳定干涉图样的关键。我们将详细介绍杨氏双缝干涉实验,通过这一经典实验,直观地展现出光波的叠加效应,以及明暗条纹的形成原因。您将学习到如何计算干涉条纹的间距、亮度和对比度,并理解不同实验条件(如缝宽、缝间距、光波波长)对干涉图样的影响。此外,我们将探讨薄膜干涉,如肥皂泡和油膜上出现的彩色条纹,解释其产生机理,并介绍其在光学仪器设计和测量中的应用。 第三部分:光波的巧妙绕行——衍射现象 与直线传播的直观印象不同,光波在遇到障碍物边缘或狭缝时,会发生弯曲并传播到几何阴影区域,这一现象称为衍射。本书将系统地讲解衍射的基本原理,并区分菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射,理解它们在观察距离和波长与障碍物尺寸相对关系上的区别。我们将详细分析单缝衍射和双缝衍射产生的衍射图样,解释中心亮纹和侧旁暗纹的形成,并推导出衍射条纹的宽度和位置。圆孔衍射也将被深入探讨,理解其在成像质量中的重要性。通过对衍射现象的分析,我们将领略到光波的波动性在微观尺度下的精妙表现,并了解其在光学分辨率、成像系统设计以及全息术等领域的应用潜力。 第四部分:电磁理论的宏伟框架 本书并非止步于现象的描述,而是力求将光波的传播、干涉和衍射现象置于其深刻的电磁理论根基之上。我们将回顾麦克斯韦方程组如何统一了电场和磁场,并预言了电磁波的存在。在此基础上,我们将深入探讨电磁波的波动方程,并阐述其如何精确描述光的传播特性。您将理解,光的干涉和衍射本质上是电场和磁场振幅在空间中的叠加和相互作用。我们将运用麦克斯韦方程组的语言,解释光波在不同介质中的传播、反射和折射,以及这些现象如何导致干涉和衍射的产生。这一部分将帮助您建立起对光学现象的系统性、理论性的深刻理解,认识到光学是电磁学不可分割的一部分。 结语:光与世界的交织 通过对光的传播、干涉和衍射的电磁理论的深入剖析,本书旨在为您提供一个坚实的理论基础,使您能够理解和分析各种光学现象,并进一步探索其在物理学、工程学、生物学、医学等众多领域的广泛应用。从激光器的工作原理到显微镜的分辨极限,从通信技术的光纤传输到天文学的望远镜成像,无不蕴含着光的波动性及其电磁理论的精髓。希望本书能够点燃您对光学的热情,开启您对这个充满奇妙的光学世界的更深层次的探索。

用户评价

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这本书《光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版)》给我的第一感觉就是它那份厚重的专业气息。书名里“电磁理论”这几个字,瞬间就将我拉入到光学研究的深层领域,让我知道这绝对不是一本简单的科普读物,而是要深入探究光学本质的学术专著。我还没有真正开始阅读,只是大致翻阅了一下目录,看到其中关于光的电磁波本质、惠更斯原理的电磁诠释、以及麦克斯韦方程组在干涉和衍射中的应用等内容,我就已经感到非常兴奋。这些都是我一直以来想要深入理解的重点。我希望这本书能够用严谨的数学推导和清晰的物理阐释,将那些看似抽象复杂的电磁理论,与我们日常所见的各种光学现象联系起来,比如彩虹的形成,肥皂泡上的绚丽色彩,以及相机镜头如何聚焦成像等。这本书给我的第一印象是它的学术严谨性和内容深度,它对我而言,是一次挑战,也是一次深入理解光学世界奥秘的绝佳机会。

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当我拿到《光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版)》时,一股扑面而来的学术气息让我倍感振奋。这本书的名字就直接点明了其研究的核心——以电磁理论为基础来阐述光的传播、干涉和衍射。这对我来说,是极其具有吸引力的,因为我一直认为,要真正理解光的奥秘,就必须从它作为电磁波的本质出发。我还没有开始正式阅读,只是浏览了一下目录,看到诸如“麦克斯韦方程与波动方程”、“惠更斯原理的电磁表述”、“衍射理论的严格处理”等章节,就足以让我预感到这本书的深度和广度。我期待着通过这本书,能够将那些抽象的电磁场概念与我们日常可见的光学现象一一对应起来,理解光波的偏振是如何产生的,干涉现象背后的相干性原理,以及衍射的复杂图样是如何由电磁波的叠加形成的。这本书给我留下的第一印象是它对光学研究的深度和严谨性,它不是一本轻松读物,而是一本需要细细品味、反复研读的学术经典。我希望它能为我打开一扇通往光学世界更深层次理解的大门。

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这本书《光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版)》给我最直观的感受就是它那份沉甸甸的学术分量。书名中“电磁理论”几个字,就直接把我拉到了光学研究的最前沿,让我明白这绝不是一本泛泛而谈的科普读物,而是一本真正要深入钻研光学本质的书。我还没有开始细读,但单看它的目录,我已经被其中包含的丰富内容所震撼。从光的波动性、偏振,到经典的干涉和衍射现象,再到电磁理论如何统一解释这一切,这本书仿佛构建了一个完整的知识体系。我一直以来都对那些能用基本物理定律解释复杂自然现象的理论感到着迷,而电磁理论解释光学,正是我心中一直渴望深入理解的领域。我希望这本书能够帮助我理解,光波的传播到底意味着什么,为什么不同的光波会相互叠加产生明暗相间的条纹,以及光波在遇到微小障碍物时,为什么会发生弯曲。这本书给我的感觉是,它是一份非常宝贵的学术财富,需要静下心来,一点点去消化和吸收,但我相信,一旦掌握,定能对光学有全新的认识。

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拿到《光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版)》这本书,我第一眼就被它沉甸甸的体量和严肃的书名所吸引。特别是“电磁理论”这几个字,让我立刻意识到这本书绝非等闲之辈,它将带领我深入到光学的根本层面。我一直对那些能够用基础物理原理解释复杂现象的理论感到由衷的敬佩,而用电磁理论来解释光,正是我一直以来渴望深入理解的一个重要方向。虽然我还没有开始细读,但仅仅是扫视目录,我就已经感受到这本书内容的丰富和逻辑的严谨。从光的传播特性,到干涉和衍射的各种现象,再到贯穿始终的电磁理论视角,这本书似乎构建了一个非常完整的知识体系。我期待着,在接下来的阅读中,能够理解光波的本质究竟是什么,它如何在不同介质中传播,为什么会发生干涉和衍射,以及这一切是如何被麦克斯韦方程组所统一解释的。这本书给我的第一印象是其高度的学术性和理论深度,它对我而言,是一次极具挑战但又充满吸引力的学习探索。

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我拿到这本《光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版)》的时候,第一感觉是它的“硬核”程度。书名里的“电磁理论”几个字就足以劝退不少只是想了解一些光学现象的读者,但我恰恰是被这一点深深吸引。我一直觉得,要真正理解光学,就不能停留在几何光学和物理光学的表面描述,而是要深入到光作为电磁波的本质。这本书的出现,正好满足了我这种深入探究的渴望。我还没有真正开始细读,只是粗略地翻阅了一下章节安排,看到那些关于麦克斯韦方程组如何应用于光波传播,以及如何解释干涉和衍射的详尽论述,我感到非常兴奋。这些内容对我来说是学习的重点和难点,也是我一直以来想要攻克的领域。我希望这本书能够用严谨的数学推导和清晰的物理阐释,将这些复杂的理论变得易于理解,或者至少提供一个坚实的理论框架,让我能够循序渐进地掌握。这本书给我的第一印象就是严谨、全面,而且学术性非常强,它不是一本轻松读物,但对于想要在光学领域有深入研究的读者来说,它绝对是不可或缺的基石。我非常期待能在这本书中找到我一直以来困惑的很多问题的答案,并且希望它能激发我对光学更深层次的思考和探索。

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当我第一次看到《光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版)》这本书时,我立刻被它所传递出的学术深度所吸引。书名中的“电磁理论”几个字,直接点明了这本书的出发点和核心内容,这对于一直对光学现象背后物理原理充满好奇的我来说,极具吸引力。我一直认为,要真正理解光,就必须从其电磁波的本质出发,而这本书似乎正是提供了这样一个平台。虽然我还没有深入阅读,但仅仅是浏览目录,我便能感受到其内容的广度和深度。从基础的光波传播,到精妙的干涉和衍射现象,再到如何用电磁理论来统一解释这一切,这本书似乎构成了一个完整的知识体系。我期待着,通过这本书,能够系统地学习和理解光波的传播规律,干涉和衍射产生的机制,以及这些现象在电磁理论框架下的统一解释。这本书给我的第一印象是其严谨的学术风格和对光学核心概念的深刻挖掘,它对我而言,将是一次充满挑战和收获的学习旅程。

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说实话,我拿到《光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版)》的时候,心情是有点忐忑的。这本书的名字就透着一股“不好惹”的气息,尤其是“电磁理论”这几个字,让我联想到了那些令人头疼的麦克斯韦方程组和复杂的矢量微积分。我平常对光学的一些现象,比如彩虹、肥皂泡上的彩色纹路,还有相机镜头的工作原理,都觉得很有趣,但总觉得停留在现象层面,不够深入。我一直想找一本能够解释这些现象背后深刻物理原理的书,而这本书的名字听起来就非常符合我的需求。虽然我还没有真正开始阅读,但仅仅是看到目录里那些关于波动方程、能量守恒、角动量等章节,就让我感觉到这本书的内容深度非同一般。我猜测,这本书的作者一定是对光学有着极其深刻的理解,并且能够将复杂的电磁理论以一种逻辑严密、层层递进的方式呈现出来。我希望这本书能够带领我走出对光学现象的“知其然而不知其所以然”的困境,让我能够真正理解光是如何传播,为什么会发生干涉和衍射,以及这一切背后隐藏的电磁规律。这本书对我来说,与其说是一本书,不如说是一次挑战,一次对物理世界更深层次理解的探索。

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当我第一次看到《光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版)》这本书时,我首先被它厚重而扎实的体量所吸引,这让我预感到这是一本内容极为详尽和专业的著作。书名中的“电磁理论”更是点出了其核心的研究方向,这一点对我而言具有极大的吸引力,因为我一直认为,要真正理解光学现象的本质,就必须回归到电磁学的基本原理。我尚未深入阅读,但仅仅是浏览目录,我便能感受到其内容的广度和深度。从光的传播性质到复杂的干涉和衍射现象,再到电磁理论的介入,这本书似乎囊括了经典光学的主要内容,并且从一个更为根本的层面进行阐述。这对于我这样希望深入探究光学奥秘的学习者来说,无疑是一份珍贵的资源。我期待这本书能够提供严谨的数学推导和清晰的物理阐释,将那些抽象的电磁概念与具体的物理现象联系起来,从而帮助我建立起一个完整而深刻的光学知识体系。这本书给我留下的第一印象是其学术的严谨性和内容的全面性,这让我对即将开始的学习之旅充满了期待,同时也感到需要付出相当的努力。

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拿到《光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版)》这本书,我第一眼就被它厚重的封面和精炼的书名所吸引。尤其是“电磁理论”这几个字,一下子就点燃了我对光学深层原理的探索欲。我总觉得,要真正理解光,就不能只停留在几何光学或者简单的波动性描述上,而是要深入到它作为一种电磁波的本质。这本书的名字完美地契合了我的这一愿望。虽然我还没有正式开始阅读,但仅仅是翻阅目录,我就已经感受到了其内容的丰富和严谨。从基础的光波传播,到精妙的干涉和衍射现象,再到贯穿始终的电磁理论视角,这本书似乎提供了一个从根源上理解光学的路径。我猜想,书中一定包含了大量的数学公式和物理推导,这对我来说既是挑战,也是学习的动力。我期待着这本书能够带领我,一步步揭示光波在介质中的传播规律,理解不同光波如何叠加形成干涉图样,以及光波绕过障碍物时产生的衍射现象,是如何在电磁场的相互作用下发生的。这本书对我来说,更像是一次深入物理世界核心的探险,我渴望在其中找到理解光之奥秘的钥匙。

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这本《光学原理――光的传播、干涉和衍射的电磁理论(第7版)》的名字就已经让人感受到一股严谨和深邃的气息,光是“电磁理论”这几个字,就足以让许多初学者望而却步,但同时也吸引着那些渴望深入理解光学本质的读者。我拿到这本书的时候,首先被它厚重的体量和精炼的排版所震撼,扉页上古老而经典的字体,仿佛在诉说着光学发展历程中的无数个智慧闪光。我迫不及待地翻开目录,看到关于光的波动性、偏振、相干性、干涉和衍射等章节,每一处都充满了数学的符号和物理的概念,我知道这将是一次充满挑战的旅程。虽然我还没有真正开始深入阅读,但仅仅是目录的浏览,就已经勾勒出了一幅宏伟的光学知识全景图,让我对接下来的学习充满了期待,也隐隐感到一丝压力。我想,这本书不仅仅是一本教科书,更像是一座通往光学殿堂的阶梯,需要循序渐进,扎实攀登。我希望通过这本书,能够真正领会到光波的优雅,理解那些看似抽象的物理定律是如何在微观世界中运作,以及它们如何解释我们眼前所见的缤纷世界。它的名字本身就充满了学术的庄重感,我个人对电磁理论在光学中的应用一直抱有浓厚的兴趣,尤其是当它与光的传播、干涉和衍射这些核心概念结合在一起时。这本书的第7版,也意味着它经过了时间的检验和不断地完善,这对于一本学术著作来说至关重要。我倾向于认为,这本书的作者一定是光学领域的大家,能够将如此复杂的理论用清晰且逻辑严谨的方式呈现出来,必定付出了巨大的心血。我期待着在书页间,与那些伟大的物理学家进行一场跨越时空的思想对话,感受他们对光之奥秘的探索精神。

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好东西,京东值得信赖。速度还是很快的。都不错。下次再来。

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真厚

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非常实用,送货速度也很快,书一点也没有坏

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经典,多少老师推荐过,慢慢啃

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干货书

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真正的好书,不必说了,建议购买

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书本质量还不错,应该是正版

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书除了有点儿脏没其他问题,应该是正版。下次买书就去某宝了,反正也没有纸质发票,也不能报销!

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光学研究的入门书籍,值得推荐

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