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光学原理（第七版）（60周年纪念版）

作者: [德] Max Born （马科斯·玻恩） , [美] Emil Wolf （埃米尔·沃耳夫）

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2023-03

版次: 1

ISBN: 9787121451690

定价: 269.00

装帧: 其他

页数: 856页

分类: 教材教辅考试>教材>大学教材>工程技术

12人买过

本书是一部经典光学世界名著，也是光学领域的经典教科书。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。 Max Born，德国物理学家，20世纪最杰出和最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。但他在其他物理学分支，例如晶格动力学理论方面的成就也十分突出。他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。他是英国皇家学会、美国国家科学院、美国人文与科学院、苏联科学院、爱丁堡皇家学会、利奥波第那科学院、柏林科学院、哥廷根科学院等众多科学院的院士。

杨葭荪，北京大学物理系（现物理学院）教授，著名光学家。在北京大学物理系工作40年，曾任物理系光学教研室主任。1991年于北大物理系退休。长期从事光学学科的科研和教学工作，上世纪50年代即开始从事“光的电磁理论”等课程的教学工作和课程建设工作，参与我国物理学名词的审定工作等。杨先生治学极为严谨，作为研究生导师指导的学生当前已成长为包括中科院院士、头部高校校长、教授/博导等，为我国培养了一批优秀光学科学人才。 Peter Knight爵士序言

译者序

母国光院士序言

Emil Wolf中文版序言

第一版到第七版序言

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
内容简介:
本书是一部经典光学世界名著，也是光学领域的经典教科书。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。
作者简介:
Max Born，德国物理学家，20世纪最杰出和最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。但他在其他物理学分支，例如晶格动力学理论方面的成就也十分突出。他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。他是英国皇家学会、美国国家科学院、美国人文与科学院、苏联科学院、爱丁堡皇家学会、利奥波第那科学院、柏林科学院、哥廷根科学院等众多科学院的院士。

杨葭荪，北京大学物理系（现物理学院）教授，著名光学家。在北京大学物理系工作40年，曾任物理系光学教研室主任。1991年于北大物理系退休。长期从事光学学科的科研和教学工作，上世纪50年代即开始从事“光的电磁理论”等课程的教学工作和课程建设工作，参与我国物理学名词的审定工作等。杨先生治学极为严谨，作为研究生导师指导的学生当前已成长为包括中科院院士、头部高校校长、教授/博导等，为我国培养了一批优秀光学科学人才。
目录:
Peter Knight爵士序言

译者序

母国光院士序言

Emil Wolf中文版序言

第一版到第七版序言

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

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光学原理（第七版）（60周年纪念版）

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