光波光學（簡體書）

本書論述光波基本原理，系統完整地分別論述光的折射和反射、光的偏振、光的衍射以及光的干涉等有關現象；介紹應用於光學系統中典型的光波光學元器件。書中包含了近幾十年來的新發展、新概念和新認識。例如，衍射光學應用於相位物體的研究(例如高速流動和攔截器光學)，光纖傳感器應用研究，太赫茲光譜技術，光頻複用原理等。

《光波光學》可供從事光學以及相關交叉學科研究的科技工作者和教師閱讀參考，也可作為高等院校相關專業的教材。

緒論第1章光波原理1.1光的電磁波理論1.1.1麥克斯韋方程組1.1.2物質方程和邊界條件1.2光的波動方程1.2.1光的電磁波傳播1.2.2光矢量的波動方程1.2.3單色光波的疊加1.3平面光波的傳輸性質1.3.1電場與磁場的耦合關係1.3.2平面波電場與磁場的性質1.3.3簡諧平面波的基元函數1.4光波的振幅函數和位相函數1.4.1時間頻率和空間頻率1.4.2線性系統的脈衝響應1.4.3光學傳遞函數第2章光的反射和折射2.1波矢量k的斯涅耳定律2.1.1平行平板的折射2.1.2單個球面的折射2.2電矢量E的菲涅耳公式2.2.1菲涅耳公式的推導2.2.2平面界面的反射率R和透射率T2.2.3菲涅耳公式的其他表示形式2.3複波數和複折射率2.3.1光波在導體中的傳輸2.3.2金屬表面上光的反射和折射2.3.3透明介質中光的色散2.4分層介質上光的反射和折射2.4.1單層膜2.4.2雙層消反射膜2.4.3多層增反射膜2.5光在波導中的傳輸2.5.1光波導2.5.2光導纖維第3章光的偏振3.1光波的偏振態3.1.1偏振態的波動方程3.1.2典型的橢圓偏振態3.1.3偏振光的矢量表示3.2雙折射光的偏振3.2.1晶體雙折射3.2.2應力雙折射3.3反射光和折射光的偏振3.3.1界面引起的偏振3.3.2反射光和折射光的偏振狀態3.3.3全反射光的偏振3.3.4金屬表面反射光的偏振3.4偏振光在晶體中的旋轉3.4.1旋光的特性3.4.2偏振光旋轉的原理第4章光的衍射4.1光衍射的基本原理4.1.1惠更斯-菲涅耳原理4.1.2基爾霍夫衍射公式4.1.3光衍射的基本類型4.2衍射光學系統4.2.1衍射屏與衍射屏函數4.2.2夫琅和費衍射光學系統4.2.3菲涅耳衍射4.3夫琅和費衍射4.3.1單個衍射孔徑的衍射4.3.2多個衍射孔徑的衍射4.3.3光柵衍射4.4光的衍射與傅裡葉變換4.4.1傅裡葉變換4.4.2光學衍射的數學描述4.4.3屏函數與光學系統成像質量第5章光的干涉5.1光干涉的基本概念5.1.1光波發生干涉的條件5.1.2干涉光束的分束方法5.1.3光的相干性5.2基元光波的干涉5.2.1單色平面波干涉5.2.2單色球面波干涉5.2.3多色光（白光）干涉5.2.4偏振光干涉5.2.5全息干涉5.3干涉圖形的性質和特徵5.3.1干涉條紋的可見度5.3.2干涉條紋的性質5.3.3無限寬條紋和有限寬條紋的調整5.3.4干涉條紋的形狀和分析5.4干涉儀的典型光學系統5.4.1雙光束干涉系統5.4.2共光路（單光束）干涉系統5.4.3多光束干涉系統第6章光波光學元器件6.1折射光學元件6.1.1透鏡6.1.2點像差和波像差6.1.3平晶6.1.4棱鏡6.2反射光學元件6.2.1平面反射鏡6.2.2球面反射鏡6.2.3非球面反射鏡6.2.4反射式光學系統6.3偏振光學元件6.3.1偏振鏡6.3.2偏振棱鏡6.3.3波片6.3.4旋光棱鏡6.4衍射光學元件6.4.1菲涅耳波帶片6.4.2衍射光柵6.4.3共面照明衍射光柵6.4.4光柵單色器6.5干涉光學元件6.5.1分束鏡6.5.2多層介質膜6.5.3濾光鏡6.5.4法布裡-珀羅標準具6.6光波導和光纖器件6.6.1光波導器件6.6.2光纖器件6.6.3光波導和光纖傳感器附錄A電磁波及其物理量在物質方程中的關係附錄B光波的基本參數及相互關係附錄C光波光學中常用的數學函數附錄D傅裡葉變換的性質和定理參考文獻

傳光型光纖傳感器中光纖僅作為傳光介質，對外界被測參數的“感覺功能”是依靠其他敏感元件完成的。在光源與光電探測器之間的光纖是不連續的，在中斷部分接上傳感元件。
傳感型光纖傳感器是利用對外界被測對象具有敏感檢測能力的光纖作為傳感元件，光纖替代獨立的傳感器，光纖不僅傳光，而且還感測，具有雙重作用，整根光纖在傳感器系統中是連續的。
光纖傳感器還可按其他方法分類。按測量對象分類，如光纖溫度傳感器、光纖角速度傳感器等。按光纖中光波被調制的原理分類，有非干涉型和干涉型兩大類。非干涉型中包括光強度調制、光波長調制以及光的偏振態調制等；而干涉型是光波位相調制。
6.6.3.1非干涉型光纖傳感器
非干涉型光纖傳感器主要是外界被測參量對光的振幅（強度）調制，也有對光的偏振態調制。結構簡單，使用方便。
1.移動光柵光纖傳感器
光柵光纖傳感器的敏感元件是一對可以相對位移的光柵，由光源發出的光經過多模光纖射人自聚焦透鏡后變成平行光，平行光通過兩個光柵后，再聚焦進入輸出方的多模光纖。每當兩個光柵有相對位移時，輸出光的強度有變化，可精密測量光柵的相對位移量。
2.微彎變形光纖傳感器
在變形光纖傳感器中，光纖被置于兩塊帶有空間周期的齒板變形器中，當光纖的外形發生微彎曲時，光纖中射向纖芯與包層界面上的一部分光，其入射角小于全反射臨界角，使這部分光逸出到包層中，減小了纖芯中傳輸的光強度。如果增加變形器齒板上的壓力或者減小兩板的間距，則可以加大光纖的變形程度，變形大，光強損失大，根據光強變化即可測量出變形器上的壓力變化。
3.絕對黑體式光纖溫度傳感器
光纖溫度傳感器由傳光的光纖和它的端頭“黑體”組成溫度探頭，是一種無需光源的被動式探頭。用“黑體”探頭感受熱輻射，通過光纖傳輸到接收器。探頭是用薄金屬膜包住光纖端部形成遮光體，直徑可小至0.1mm。