光学（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭永康，朱建华 编

图书标签:

• 光学
• 物理学
• 光学工程
• 大学教材
• 本科教材
• 理学
• 自然科学
• 光
• 电磁学
• 规划教材

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040483666

版次：3

商品编码：12181733

包装：平装

丛书名： “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材 ，

开本：16开

出版时间：2017-08-01

用纸：胶版纸

页数：345

字数：540000

正文语种：中文

内容简介

　　《光学（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材》是在“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材《光学》（第二版）的基础上修订而成的，主要包括几何光学和波动光学的内容。
　　《光学（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材》系统透彻地介绍了光学的基本概念、规律、原理、分析方法及重要应用。全书在精选传统内容的基础上，适度引入了一些与传统内容密切结合的反映现代光学新成就的内容。每章末编有精选的思考题、习题和模拟计算题。
　　《光学（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材》按照新形态教材的要求，将纸质版和网络新媒体教学资源有机结合，在纸质版教材中新增了46个视频动画资源的二维码，在课程网站中新增加了一些视频动画和新的拓展阅读资料。
　　《光学（第3版）/“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材》概念准确，物理图像清晰，取材新颖，逻辑体系严谨，数学运算简洁，适用性强，既可作为高等学校物理类专业的教材，也可作为理工科相关专业的参考书。

内页插图

目录

绪论

第一章 几何光学的基本原理
1．1 几何光学的基本定律
1．2 费马原理
1．3 成像的基本概念
1．4 光在平面上的反射和折射
1．5 光导纤维
1．6 棱镜
1．7 光在单球面上的折射和反射
1．8 薄透镜
1．9 共轴球面系统的逐次成像法
1．10 共轴球面系统傍轴成像的矩阵方法
思考题
习题
模拟计算习题

第二章 光阑、像差和成像光学仪器
2．1 光阑
2．2 像差
2．3 人眼的光学系统
2．4 放大镜和目镜
2．5 显微镜
2．6 望远镜
思考题
习题

第三章 光波及其在各向同性介质界面的反射和折射
3．1 光波
3．2 光波场的数学描述
3．3 波函数的复数表示 复振幅
3．4 光波的偏振态
3．5 光在各向同性介质界面的反射和折射
3．6 负折射率介质
思考题
习题

第四章 光的干涉
4．1 波的叠加和干涉
4．2 光波相干的条件和产生方法
4．3 杨氏实验
4．4 其他几种两光束分波前干涉装置
4．5 两束平行光的干涉
4．6 光源的光谱展宽对干涉条纹可见度的影响 光场的时间相干性
4．7 光源的空间展宽对干涉条纹可见度的影响 光场的空间相干性 部分相干性
4．8 薄膜干涉（一）：等倾干涉
4．9 薄膜干涉（二）：等厚干涉
4．10 薄膜干涉（三）：应用举例
4．11 迈克耳孙干涉仪
4．12 傅里叶变换光谱仪 光学相干层析术
4．13 多光束干涉
4．14 法布里-珀罗干涉仪
思考题
习题
模拟计算习题

第五章 光的衍射
5．1 光的衍射现象
5．2 惠更斯-菲涅耳原理
5．3 狭缝和矩孔的夫琅禾费衍射
5．4 圆孔、圆环和多边形孔的夫琅禾费衍射
5．5 互补屏 巴比涅原理
5．6 成像仪器的像分辨率
5．7 振幅型平面透射光栅
5．8 光栅光谱仪的特性
5．9 正弦型振幅光栅
5．10 闪耀光栅
5．11 菲涅耳衍射
5．12 波带片
5．13 近场光学简介
思考题
习题
模拟计算习题

第六章 光信息处理及全息术
6．1 傅里叶变换
6．2 衍射理论中的傅里叶方法
6．3 理想薄透镜的傅里叶变换作用
6．4 阿贝成像原理
6．5 空间频率滤波
6．6 光全息术
思考题
习题
模拟计算习题

第七章 光在晶体中的传播
7．1 晶体的双折射和双反射
7．2 产生线偏振光的元件
7．3 相位延迟器
7．4 偏振光通过波晶片后偏振态的变化
7．5 偏振光的干涉
7．6 旋光及圆二色性
7．7 光调制器
7．8 偏振态及其变换的矩阵描述
思考题
习题

第八章 光的吸收、色散和散射
8．1 光的吸收
8．2 光的色散
8．3 光的相速和群速
8．4 光的散射
8．5光的吸收及散射在环境监测中的应用
思考题
习题
模拟计算习题

第九章 激光与非线性光学
9．1 光与原子系统的相互作用
9．2 激光的原理
9．3 激光器
9．4 激光的应用
9．5 光学倍频和混频效应
9．6 光学相位共轭
思考题
习题
习题参考答案
拓展阅读资料
视频二维码

前言/序言

　　本书作者多年以来主讲四川大学物理科学与技术学院本科生的光学课程，该课程于1989年获首届国家级优秀教学成果奖，2009年入选国家级精品课程，2013年又获得国家级精品资源共享课程立项。本书第一版、第二版分别于2005年和2014年入选普通高等教育“十五”国家级规划教材和“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，出版以来被多所高校和研究所选作教材或研究生入学考试指定参考书，
　　为了适应新形势下教学改革的要求，根据《高等学校物理学本科指导性专业规范》以及《高等学校物理学类专业本科生教学质量国家标准》的要求，参阅了国内外的多部同类的优秀教材，充分考虑了使用过本教材的师生们的宝贵意见，在保留第二版的基本结构和特点的情况下作了如下修订：
　　1.对原书各章节作了全面校订.为了使教材内容更加新颖和充实、物理概念更加准确、文字表述更加流畅和简洁，改编了原书的§1.5、§3.4、§5.6及第8章，修订和新增加了23幅插图，鉴于现代光学发展中涉及更多的光与物质相互作用的问题，通过改编第8章及新增“§5.13近场光学简介”强化了相关的光学基础.
　　2.本书改版后按照新形态教材的要求实现了纸质版和网络新媒体教学资源的有机结合，纸质版中包含了课程内容、思考题、习题、模拟计算题、习题参考答案等部分，网络资源中包含了课程的教学大纲、教学计划、授课教案、授课录像、演示文稿、拓展资料等内容。
　　为了满足物理学实验班及其他学有余力的同学深入学习和进一步探讨课程内容的要求，本次修订在纸质版教材中新增了46个视频动画资源的二维码，读者可通过扫描二维码或通过封底的密码登录http：//abook.hep.com.cn/观看相关的视频动画，在爱课程网站（http：//www.icourses.cn/coursestatic/course_6043.html）及四川大学课程中心网站（http：//cc.scu.edu.cn/G2S/Template/View.aspx？action=view&courseType;=O&courseld;=19）增加了与深入研讨教学内容相关的反映现代光学新成就的拓展阅读材料。
　　在本书修订过程中，杜惊雷、高福华教授，粟敬钦研究员，姚欣博士提出了宝贵意见，彭杰、郭建、张诚等研究生做了大量技术性的工作，高等教育出版社高聚平编辑为本书的出版付出了大量心血.编者谨对他们深表谢意。

现代光学前沿探索与应用 本书聚焦于当代光学领域最激动人心和最具变革性的发展方向，深入剖析了从基础理论到尖端技术的全景图谱。它并非对传统光学教材的简单复述，而是旨在引导读者跨越经典物理学的边界，进入量子、信息与工程交叉的前沿地带。全书结构严谨，内容深度与广度兼备，适合具有一定光学基础的研究人员、高年级本科生和研究生阅读。 --- 第一部分：量子光学基础与光物质相互作用的深化 本部分从更精微的尺度审视光的本质及其与物质的相互作用，为理解超快、非线性现象奠定坚实的理论基石。 第一章：光子的统计特性与相干性 本章超越了早期关于光的波动性和粒子性的二元对立，转而深入探讨光场的量子噪声特性和高阶关联函数。详细阐述了不同类型的光场（如相干态、压缩态、热光场）的玻色-爱因斯坦分布和负二阶关联函数（$g^{(2)}(0) < 1$）的物理意义，并介绍了光子统计测量的实验技术，包括单光子探测器的性能评估与校准。本章强调了相干性在全息术、激光雷达（LiDAR）等精密测量中的决定性作用，并引入了随机光学成像的概念，展示了如何利用噪声来重建图像。 第二章：半导体材料中的光物理过程 本章着重于半导体能带结构如何决定其光学响应。重点分析了吸收、辐射复合（特别是间接跃迁与直接跃迁的速率方程），并引入了先进的半导体材料，如量子点（Quantum Dots, QDs）和二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的光学特性。深入探讨了俄歇复合（Auger Recombination）在光电器件效率瓶颈中的作用，以及如何通过量子限制效应来调控发射光谱。此外，本章详细介绍了介电函数在描述复杂材料中光场传播的微观模型，包括Drude模型和Lorentz振子模型的适用范围。 第三章：非线性光学效应的进阶理论 本章对经典非线性光学进行了扩展，聚焦于高阶非线性过程和超快动力学。详细推导了非线性薛定谔方程（NLSE），并应用于描述自聚焦、自相位调制（SPM）和交叉相位调制（XPM）。特别关注了参量放大（OPA）的理论极限和实际应用，包括如何通过周期性极化晶体实现参量下转换以产生特定波长的光子对。此外，本章还探讨了拉曼散射在光纤通信中的非线性效应抑制与利用，以及四波混频（FWM）在光纤怪斑（Soliton）产生中的机制。 --- 第二部分：光信息处理与超分辨率成像技术 本部分关注如何利用光的波动性和量子特性来突破传统衍射极限，实现信息的快速、高效传输与高精度测量。 第四章：拓扑光子学与光场束缚态 本章介绍了新兴的拓扑物理学在光学中的应用。阐述了拓扑不变量如何描述光波在周期性结构中的传播特性，并详细分析了拓扑绝缘体、拓扑晶体和拓扑非平庸边界态的光学响应。重点探讨了拓扑保护的单向光传输，这是抵抗缺陷和散射的理想机制，对集成光路中的信号完整性具有革命性意义。引入了非厄米（Non-Hermitian）光子系统，例如在增益和损耗之间实现的奇异点（Exceptional Points, EPs），以及EPs在超灵敏传感中的应用潜力。 第五章：超分辨率与计算成像 本章系统地梳理了打破阿贝衍射极限的多种技术。首先深入解析了STED（受激发射损耗）显微镜的饱和机制和点扩散函数（PSF）的有效压缩原理。接着详细介绍了结构光照明显微镜（SIM）的傅里叶空间重建算法，以及随机光学重建显微镜（STORM/PALM）中的单分子定位精度分析。更进一步，本章引入了深度学习在计算成像中的应用，例如如何利用卷积神经网络（CNN）进行快速的去卷积和超分辨率重建，实现实时活细胞成像。 第六章：光子集成与片上光学 本部分着眼于将复杂光学系统小型化和集成化。重点讨论了硅光子学（Silicon Photonics）平台的技术瓶颈与突破，包括高效的片上光耦合器（如栅格耦合器）的设计。详细分析了环形谐振腔（Ring Resonators）作为滤波器和调制器的性能优化，以及微环阵列在波分复用（WDM）系统中的应用。此外，本章还涵盖了铌酸锂（LNOI）平台在高速调制器和非线性集成器件中的优势，并探讨了光子晶体波导在光传输损耗控制方面的最新进展。 --- 第三部分：光场调控与前沿应用 本部分探索了光场调控在精密测量、能源捕获和先进制造中的实际应用。 第七章：光镊技术与软物质操控 本章侧重于利用梯度力与散射力实现对微观粒子的非接触操纵。详细讲解了高数值孔径物镜在产生陡峭光场梯度中的关键作用，并介绍了多焦点光镊系统（如Lattice Light Sheet Microscopy所使用的技术）如何实现对复杂三维结构的实时捕获和扭曲。深入分析了光流变学，即如何利用光场形变来研究聚合物溶液和生物凝胶的粘弹性响应。本章还包括对负向散射截面的研究，为实现对某些特殊材料的“推拉”控制提供了新的视角。 第八章：太赫兹波光学与时域光谱学 太赫兹（THz）波段位于微波与红外之间，是电磁谱中极具潜力的窗口。本章阐述了飞秒激光激发下半导体或铁电材料产生太赫兹脉冲的机制。重点介绍了时域太赫兹（TDS）光谱技术，该技术能够同时测量物质对THz波的吸收光谱和相位延迟，从而精确反演材料的介电常数和导电率。讨论了THz波在无损检测、爆炸物识别和快速水分含量测量中的独特优势，因为它对大多数非极性材料具有良好的穿透性。 第九章：定向能传输与能量收集 本章关注如何将光能高效地转化为其他形式的能量，或以高度聚焦的方式传输能量。详细分析了等离激元（Plasmonics）在增强光吸收和能量热化的过程，特别是表面等离激元极化激元（SPP）在光捕获中的作用。在能源领域，本章探讨了热光伏（TPV）电池的工作原理，以及如何通过设计选择性吸收器和发射体来优化其光谱匹配，提高能量转换效率。此外，还讨论了光声效应在深层组织成像和无损检测中的应用，即激光脉冲在材料中产生的超声波的产生和探测机制。 --- 总结： 本书力求构建一个从微观量子行为到宏观工程应用的知识体系。它强调理论与实验的紧密结合，尤其关注那些需要跨学科知识才能解决的前沿问题。读者在阅读过程中，将不断接触到新的数学工具和计算方法，为未来在光学相关领域的研究与创新做好准备。

评分☆☆☆☆☆

这本书最令人称道的一点，是其理论与实践的深度融合。它并非枯燥的理论堆砌，而是紧密结合了大量的典型例题和课后习题。这些例题的选取非常具有代表性，涵盖了各个知识点的核心难点，并且解题思路清晰，步骤详尽，为我们提供了宝贵的解题范式。而课后习题的难度梯度也设计得相当合理，从基础的巩固练习到综合性的应用拓展，能够有效地检验和提升我们对知识的掌握程度。更难得的是，书中还穿插了一些光学实验的介绍，虽然不是详细的操作指南，但对实验的原理和结果的阐释，足以让我们对理论知识在实际中的应用有一个更直观的认识，这对于培养我们的科学探究能力非常有益。

评分☆☆☆☆☆

在阅读过程中，我特别欣赏作者在解释一些核心概念时所展现出的深度和广度。例如，在讲解光的干涉和衍射时，书中不仅详细阐述了惠更斯原理等基础理论，还引入了傅里叶光学等更高级的分析方法，并且探讨了这些现象在现代光学技术中的应用，如全息术、光栅等。这种将基础知识与前沿技术相结合的编排方式，极大地拓宽了我的视野，让我意识到光学这门学科并非只停留在课本的范畴，而是在我们身边无处不在，并且不断发展创新。书中还引用了一些历史上的经典实验，如杨氏双缝干涉实验，并对其进行深入剖析，让我们能够理解科学发现是如何一步步实现的，这对于培养批判性思维和科学精神非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

初次翻阅这本书，最直观的感受是其内容的条理性和逻辑性。绪论部分开篇点题，迅速将读者引入光学的宏大世界，从历史发展到现代应用，勾勒出这门学科的轮廓。随后的章节，如几何光学、波动光学、量子光学等，都以一种层层递进的方式展开，概念的引入、原理的阐述、公式的推导，都循序渐进，非常符合初学者的认知规律。即便是那些看起来有些抽象的概念，作者也尽量用生动形象的比喻和图示来辅助理解，这对于我这样非物理专业背景的学生来说，无疑是极大的帮助。书中的插图和图表绘制得非常精细，对于理解复杂的光学现象和实验装置起到了至关重要的作用，让我感觉像是在一位耐心细致的导师的指导下进行学习。

评分☆☆☆☆☆

从学习效果上看，这本书无疑为我打下了坚实的光学基础。它不仅教会了我理解光学现象背后的原理，更重要的是，它培养了我分析和解决光学问题的能力。书中严谨的数学推导和清晰的逻辑结构，使得我对复杂的公式和概念能够游刃有余地掌握。当我遇到疑难点时，往往能在书中找到详尽的解释和相关的补充说明，或者通过例题和习题的练习来加深理解。这本书就像一位经验丰富、循循善诱的良师，它没有将知识简单地灌输给我，而是引导我主动思考，积极探索，最终将知识内化为自己的能力。毕业多年后，当我回想起大学时光，这本书绝对是我学习生涯中不可或缺的重要财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计非常朴实，封面以柔和的蓝色为主调，搭配简洁的白色字体，给人一种沉静而专业的学习氛围。书的纸张质量上乘，厚实而富有质感，印刷清晰，文字排版疏朗有度，即使长时间阅读也不会感到疲劳。封底还印有教材的定位和适用范围，这对于刚接触光学这门学科的本科生来说，无疑是重要的参考信息。它传递出一种严谨而认真的治学态度，让人在翻开第一页之前就已经对这本书的内容充满期待。整个外观给人的感觉，就像一位经验丰富的老师，温和而坚定地引导你探索光明的奥秘，让你觉得手中的这本书，是值得信赖的知识伙伴。