光学

本书是伟大的物理学家Arnold Sommerfeld的“理论物理学教程”第四卷《光学》的中文翻译，书中对光的反射与折射、运动介质和运动光源光学、色散理论、晶体光学和衍射理论的物理和数学原理作了系统和深刻的讨论，其中若干成果是他本人及其学生的创造性贡献。本书适合高等院校物理专业的本科生，研究生和大学教师作为教材，也可供相关教师和科研人员参考。

Sommerfeld及其成就
总序
第四卷序
引言1
§1几何光学、物理光学、生理光学以及光学发展历史年表1
第1章光的反射和折射6
§2回顾电动力学：理想自然光的基本原理6
§3Fresnel公式：从光疏介质到光密介质的传播11
A电矢量垂直于入射面12
B磁矢量垂直于入射面15
C垂直入射时反射的人工抑制16
§4Fresnel公式图解讨论，Brewster定律17
A偏振面平行于入射平面18
B偏振面垂直于入射面20
C偏振光的实际产生21
D从电子理论的角度来看Brewster定律22
E能量考虑：反射功率r和透射功率d23
§5全反射24
AFresnel公式的讨论24
B进入光疏介质的光27
C波动力学的隧道效应28
D椭圆偏振光和圆偏振光的产生29
§6金属反射29
AFresnel公式31
BHagen和Rubens的实验32
C金属、玻璃和颜料的颜色的一些评论33
§7薄膜和厚板的颜色34
A一般情况34
B潮湿沥青上的油斑36
C镀膜(消反射)透镜38
D肥皂泡和Newton环39
E方法比较：求和或边界值处理39
FLummer-Gehrke板(1902)42
GPerot和Fabry干涉仪(约1900年)44
§8光驻波47
A在金属表面垂直入射的单色线偏振光47
B斜入射的光线49
CLippmann的彩色摄影49
第2章运动介质和运动光源光学——天文学专题51
§9光速的测量51
§10光行差和视差53
§11Doppler效应57
§12Fresnel拖曳系数和Fizeau实验59
§13移动反射镜的反射62
§14Michelson实验64
§15Harress、Sagnac和Michelson-Gale的实验69
§16光的量子理论71
第3章色散理论76
§17电子的紫外共振76
§18除紫外线电子共振振荡外的离子红外共振振荡81
§19反常色散84
§20偏振面的磁旋转88
§21正常Zeeman效应与反常Zeeman效应的一些特征92
§22相速度信号速度群速度99
A有界波列的Fourier表示99
B波前在色散介质中的传播101
C前驱波102
D最终稳定态下的信号104
E群速度和能量传输106
§23色散的波动力学理论107
A旧的色散公式和波动力学公式的对比108
B公式(3)的推导纲要110
第4章晶体光学112
§24Fresnel椭球折射率椭球主介电轴112
§25平面波及其偏振的结构115
§26对偶关系光线面和法线面光轴121
A光线面的讨论124
B光轴127
C法线面128
§27双折射问题129
A根据Huygens原理得出的双折射130
B作为边值问题的折射定律131
C反射光和折射光的振幅133
§28晶体的光学对称性134
§29旋光晶体和液体138
A螺旋形晶体结构的回转矢量138
B石英中偏振面的旋转140
C旋光液体143
§30Nicol棱镜四分之一波片电气石钳二向色性144
ANicol棱镜144
B四分之一波片和Babinet补偿器146
C电气石和偏振滤波片148
§31晶片造成的平行偏振光和会聚偏振光的干涉现象149
A平行光150
B会聚光152
第5章衍射理论158
§32光栅理论159
A线型光栅159
B交叉光栅163
C空间光栅164
§33大量随机分布颗粒的衍射169
§34Huygens原理172
A球面波172
BGreen定理和Huygens原理的Kirchho公式173
CGreen函数和Huygens原理的简化公式175
DFraunhofer衍射和Fresnel衍射177
EBabinet原理179
F黑屏或反射屏181
G两个推广181
§35几何光学和波动光学中的阴影问题182
A程函182
B用波动光学理论解释阴影的产生184
C圆盘衍射188
D圆孔衍射与Fresnel波带191
E衍射相似定律195
§36矩形孔和圆形孔的Fraunhofer衍射196
A矩形孔衍射197
B狭缝衍射198
C圆孔衍射199
D相位光栅201
E§35B的补充内容——多边形衍射孔形成的光扇206
§37狭缝的Fresnel衍射209
AFresnel积分210
B对衍射图样的讨论213
C直边衍射215
§38若干衍射问题的严格解218
A直边问题219
B分支解的构建222
C用Fresnel积分表示U227
D直边的衍射场230
E推广233
F关于分支解的基本讨论234
第6章关于衍射理论的附录240
§39极窄狭缝的衍射240
A狭缝的边值问题240
B积分方程(10)和(12)的解244
C讨论247
§40光学仪器的分辨本领254
A线光栅的分辨本领255
B阶梯光栅和干涉光谱仪257
§41棱镜分辨本领的基本理论260
A关于分辨本领的一般考虑262
B在光栅和干涉光谱仪中的应用263
§42望远镜、眼睛，以及Michelson对恒星大小的测量264
§43显微镜269
AAbbe的显微镜理论271
B相位光栅在显微镜中的重要性272
C发光与被照明物体273
§44关于Young的衍射解释273
A衍射问题Kirchho解的重构274
B锥上的面积分约简为衍射孔边界上的线积分——Young理论的改进276
C围道积分的讨论278
§45近焦点衍射279
ADebye的假设279
B焦点近邻处的衍射场280
C光锥轴上以及轴附近的振幅和相位282
D柱面波及其相位跃变283
§46电磁矢量问题的Huygens原理284
§47Chevenkov辐射287
AChevenkov电子的场288
BChevenkov电子的辐射292
C考虑色散的Chevenkov辐射294
D最后的关键评注294
§48几何光学的补充：弯曲光线，正弦条件，透镜公式，彩虹295
A光线的曲率296
BAbbe的正弦条件298
C关于直线光束的结构300
D关于透镜公式301
E扩散产生的弯曲光线和彩虹理论的评注303
§49白光的本性——光子理论和互补性309
习题313
习题解答315
译后记327