本书从光是可见的电磁波、具有波粒二象性的角度出发，讲述了物理光学的基本概念、原理、主要现象及应用。全书内容共6章，第1~5章主要阐述光的波动性的相关知识，包括光的电磁波本性、光的反射、折射、光波的叠加和分解、光波的干涉和衍射等方面的知识，涉及光的电磁波理论、典型光波、光的相速度、横波性、偏振性、坡印亭定律、光强、光照度、光的折射和反射定律、菲涅耳公式、全反射、光的吸收、散射和光在媒质中的色散； 双折射、光轴、晶体的光学分类、k和S的分离、光线速度、光线折射率、菲涅耳方程、折射率椭球、折射率曲面(波矢面)、菲涅耳椭球、射线曲面、晶体表面光反射和折射； 光行波、光驻波、椭圆(圆)偏振光等光叠加后光场的特性、偏振光的产生和检验、偏振元器件、拍频光波、群速度和光波的傅里叶分析； 光干涉的基本理论、分波面双光束杨氏干涉、分振幅双光束、多光束干涉及光学薄膜干涉、海定格干涉仪、迈克尔逊干涉仪和法布里珀罗干涉仪及其变型和应用； 衍射的基本理论、菲涅耳衍射、夫琅和费衍射、衍射光栅等。第6章针对光的粒子性介绍了黑体辐射、光电效应、光压、康普顿效应、氢光谱及原子光发射和吸收等涉及光的量子性的基础研究，同时也介绍了激光领域涉及光的量子性的基础知识。 本书各章配有丰富的例题和思考与练习题，并配套了教学课件。本书适合作为普通高等院校光电信息类专业的本科生及研究生教材，也可作为相关行业工程技术人员的参考用书。

前言 人们的周围充满着光，没有光，人类就难以生存。所以说，人们最熟悉的现象之一就是光。但是，光是什么？光的实质是什么？光是怎样传播的？光能做什么？这些问题很早就引起了人们的关注，为此已探索了若干个世纪，并且还要持续下去。可以说人们最不熟悉的现象之一也是光，因而出现了一门研究光的学科——光学。 物理光学是光学的分支，它的研究范畴包括研究光的本质、光的产生、传播、接收及其与物质相互作用等问题。它既是物理学中一门重要的基础学科，又是一门应用性很强的学科。从理论体系讲，就是以人探索光的本质为基本线索而建立起来的一个物理学分支。物理光学包含有波动光学和量子光学两部分内容，前者研究光的波动性，后者研究光的量子性。 本书是关于物理光学课程的基础性教材，讲述了得到公认的最基本的概念、规律、结论及一些方法，重点有光的电磁波性质、光的偏振特性、光的叠加、干涉和衍射等传播特性，并在此基础上介绍了光的量子性。 本书的编写思路是这样的： 在阐述了光的电磁理论基础上，讲述一束光的传播规律； 两束光的叠加、干涉特性； 一束光的衍射规律与特性； 然后讲述光的量子性，并简单介绍与光的量子性相关的激光的基础知识。第1章首先讲述光的电磁理论，再介绍几种典型光波的知识； 然后讲解一束平面光在各向同性媒质空间中传播的规律，包括光在界面上的反射、折射，在色散、吸收和散射媒质空间中传播的特性。第2章讲述一束平面光在各向异性媒质空间中传播的规律，各向异性媒质的代表就是晶体，因而该章也同时介绍晶体的一些光学特性，可以说，这一章是基础晶体光学知识。第3章和第4章讲述两束平面光波在空间传播相遇叠加时的规律和特点； 第3章是针对两束光叠加时合光场的问题，同时也讲解了复杂光波分析的问题，这在某种程度上可看作是光波叠加的逆问题； 第4章针对两束光叠加时合光强分布的特点、规律进行阐述的，合光强的问题主要就是干涉问题，该章分别讲解光的干涉基本理论、分波面双光束干涉、分振幅双光束干涉、分振幅多光束干涉、分振幅光学薄膜干涉、偏振光的干涉以及光的干涉性等基本知识。第5章讲述一束光传播时遇到小尺度障碍物时出现的问题——衍射，在讲述基本衍射理论之后，先后讲述菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的问题，之后讲述光栅这一重要衍射器件的衍射特性及其他相关知识，最后介绍分析衍射的严格耦合波理论。第6章讲述光的量子性，介绍黑体辐射、光电效应、康普顿效应、光压等能证实光具有量子属性的诸多现象的研究。在此基础上讲解关于光辐射和吸收的半经典半量子解释，以及激光的基本知识。可以说，前5章是针对光的波动性的相关内容，而第6章则是针对光的粒子性——光量子的基础内容。波动性和粒子性都客观地反映了光的特性，光实际上具有波粒二重性。 关于光的偏振特性问题，书中并没有安排独立的章节来做专门讲述，而是将相关知识分散开穿插入相关章节加以讲述，如1.3节在讲完光的横波特性后就讲述了光的偏振特性，交代了基本概念，在讲完光强的基础上，讲述偏振度的概念； 第2章讲述了晶体中双折射的两条折射光的线偏振特性； 3.3节是偏振光产生的理论分析以及偏振态的表示方法，而3.4节则从实验上讲述了偏振光产生和检测的相关知识； 4.7节则讲述了偏振光的干涉等。这样做似乎很零乱，但是各部分知识的讲解都是在相关预备知识讲完之后进行的，有充分的铺垫。 本书各章都选编了一定数量的例题、思考题和练习题，以供读者学习和巩固基本概念，并锻炼独立解析的能力。 本书着重阐述物理光学最基本的理论知识的同时，结合实际，在部分章节增加了目前光学发展形成的定论，通过本书的阅读、学习，可为“现代光学课程”的学习打下一定的理论基础。 本书可作为高等学校光信息科学与技术专业、光电子、光通信类专业和光学工程专业的教材，也可以作为学习物理学、光学等其他专业的教材和光学行业的技术人员的参考书。 本书在编著过程中参考了很多优秀教材以及相关文献，编者从这些参考资料中得到了良好的启示、借鉴和帮助。 本书的编写得到了武汉理工大学物理系的领导和同事的鼓励、支持和帮助，更得到了武汉理工大学“光电信息科学与工程专业综合改革试点”项目的支持，在此表示由衷的感谢。 由于编者水平有限，所以不足之处在所难免，敬请读者给予斧正。 编者2016年8月

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