Предисловие автора к первому изданию |
Введение |
Глава 1. | Введение в волновую теорию света |
| 1.1. | Гармонические колебания |
| 1.2. | Энергия гармонического колебания |
| 1.3. | Сложение гармонических колебаний |
| 1.4. | Представление колебательного движения комплексными величинами |
| 1.5. | Волны. Уравнения плоской и сферической волн |
| 1.6. | Волновое уравнение |
| 1.7. | Монохроматические и квазимонохроматические волны. Волновые группы |
| 1.8. | Принцип суперпозиции. Понятие о разложении Фурье |
Глава 2. | Электромагнитная природа света |
| 2.1. | Система уравнений Максвелла |
| 2.2. | Свойства электромагнитных волн |
| 2.3. | Энергия, переносимая электромагнитной волной |
| 2.4. | Отражение и преломление электромагнитных волн |
| 2.5. | Стоячие электромагнитные волны |
| 2.6. | Спектр электромагнитных волн |
Глава 3. | Фотометрические понятия и единицы для световых измерений |
| 3.1. | Энергетические характеристики излучения |
| 3.2. | Единицы для световых измерений |
| 3.3. | Функция видности. Связь между светотехническими и энергетическими величинами |
| 3.4. | Основы фотометрии |
Раздел I. Интерференция света |
Глава 4. | Когерентность |
| 4.1. | Когерентность колебаний и волн |
| 4.2. | Способы наблюдения интерференции света |
| 4.3. | Основные характеристики интерференционных схем |
| 4.4. | Влияние размеров источника света на качество интерференционной картины |
| 4.5. | Интерференция в немонохроматическом свете |
| 4.6. | Оптическая длина пути |
Глава 5. | Локализация полос интерференции |
| 5.1. | Цвета тонких пленок |
| 5.2. | Полосы равной толщины |
| 5.3. | Полосы равного наклона |
Глава 6. | Интерференционные приборы |
| 6.1. | Двухлучевые интерферометры |
| 6.2. | Интерференция многих световых пучков |
| 6.3. | Многолучевые интерферометры |
| 6.4. | Интерференционные светофильтры |
Глава 7. | Применение интерференции |
| 7.1. | Интерференционные геометрические измерения |
| 7.2. | Интерференционная рефрактометрия |
| 7.3. | Интерференционная спектроскопия |
| 7.4. | Интерференционная метрология |
Раздел II. Дифракция света |
Глава 8. | Дифракция Френеля |
| 8.1. | Принцип Гюйгенса–Френеля |
| 8.2. | Метод зон Френеля |
| 8.3. | Зонная пластинка |
| 8.4. | Графическое вычисление результирующей амплитуды |
| 8.5. | Применение метода Френеля к простейшим дифракционным явлениям |
| 8.6. | Замечания относительно метода Френеля |
Глава 9. | Дифракция Фраунгофера |
| 9.1. | Дифракция на одной щели |
| 9.2. | Влияние ширины щели и размеров источника света на дифракционную картину |
| 9.3. | Дифракция на двух щелях |
| 9.4. | Дифракционная решетка |
| 9.5. | Фазовые дифракционные решетки |
| 9.6. | Наклонное падение лучей на дифракционную решетку |
Глава 10. | Дифракция на пространственной структуре |
| 10.1. | Дифракция на многомерной решетке |
| 10.2. | Дифракция рентгеновских лучей |
| 10.3. | Экспериментальные методы наблюдения дифракции рентгеновских лучей |
| 10.4. | Определение длины волны рентгеновских лучей |
| 10.5. | Дифракция света на ультразвуковых волнах |
Глава 11. | Оптическая голография |
| 11.1. | Принцип голографии |
| 11.2. | Плоская голограмма |
| 11.3. | Временная и пространственная когерентность |
| 11.4. | Схемы получения голограмм и восстановления изображений |
| 11.5. | Объемная голограмма |
| 11.6. | Основные применения голографии |
Глава 12. | Разложение излучения в спектр и основные характеристики спектральных приборов |
| 12.1. | Принципиальная схема спектрального прибора |
| 12.2. | Ширина спектральной линии |
| 12.3. | Основные оптические характеристики спектрального прибора |
| 12.4. | Разложение излучения в спектр |
Раздел III. Основы геометрической оптики |
Глава 13. | Основные законы и положения геометрической оптики |
| 13.1. | Основные определения |
| 13.2. | Принцип Ферма |
| 13.3. | Преломление лучей сферической поверхностью |
| 13.4. | Увеличение. Уравнение Лагранжа–Гельмгольца |
| 13.5. | Центрированная оптическая система и ее кардинальные элементы |
| 13.6. | Ограничение световых пучков в оптических системах |
Глава 14. | Аберрации оптических систем |
| 14.1. | Монохроматические аберрации |
| 14.2. | Хроматические аберрации |
Глава 15. | Разрешающая способность оптических приборов |
| 15.1. | Дифракция на круглом отверстии |
| 15.2. | Разрешающая способность телескопа |
| 15.3. | Разрешающая способность микроскопа |
| 15.4. | Иммерсионные системы. Ультрамикроскопия |
| 15.5. | Электронный микроскоп |
Раздел IV. Распространение света в изотропных и анизотропных средах |
Глава 16. | Взаимодействие электромагнитной волны с веществом |
| 16.1. | Электрические и оптические свойства среды |
| 16.2. | Излучение электрического диполя |
| 16.3. | Отражение и преломление электромагнитных волн на границе двух диэлектрических сред |
| 16.4. | Следствия, вытекающие из формул Френеля |
| 16.5. | Отражение электромагнитной волны от поверхности металла |
Глава 17. | Основы кристаллооптики |
| 17.1. | Описание основных экспериментов |
| 17.2. | Поляризация света. Поляризаторы |
| 17.3. | Распространение электромагнитной волны в анизотропной среде |
| 17.4. | Поверхность нормалей и лучевая поверхность |
| 17.5. | Оптические свойства одноосных кристаллов |
Глава 18. | Интерференция поляризованных лучей |
| 18.1. | Эллиптическая и круговая поляризации света |
| 18.2. | Анализ света эллиптической и круговой поляризаций |
| 18.3. | Поляризационная микроструктура естественного света |
| 18.4. | Хроматическая поляризация |
Глава 19. | Искусственная анизотропия |
| 19.1. | Анизотропия, возникающая при механических деформациях |
| 19.2. | Двойное лучепреломление в электрическом поле |
| 19.3. | Двойное лучепреломление в магнитном поле |
Глава 20. | Вращение плоскости поляризации |
| 20.1. | Основные эксперименты |
| 20.2. | Теория вращения плоскости поляризации |
| 20.3. | Вращение плоскости поляризации в магнитном поле |
Раздел V. Дисперсия, поглощение и рассеяние света |
Глава 21. | Дисперсия света |
| 21.1. | Методы наблюдения дисперсии света |
| 21.2. | Фазовая и групповая скорости света |
| 21.3. | Уравнение дисперсии |
| 21.4. | Дисперсия вдали от линии поглощения |
| 21.5. | Дисперсия вблизи линии поглощения (аномальная дисперсия) |
| 21.6. | Поглощение света |
Глава 22. | Расщепление спектральных линий в магнитном поле |
| 22.1. | Сущность эффекта Зеемана |
| 22.2. | Элементарная теория эффекта Зеемана |
| 22.3. | Обратный эффект Зеемана |
Глава 23. | Рассеяние света |
| 23.1. | Распространение света в оптически неоднородной среде |
| 23.2. | Рассеяние света в мутной среде |
| 23.3. | Молекулярное рассеяние света |
| 23.4. | Тонкая структура рэлеевской линии рассеяния |
| 23.5. | Комбинационное рассеяние |
Раздел VI. Тепловое излучение |
Глава 24. | Основные законы теплового излучения |
| 24.1. | Закон Кирхгофа |
| 24.2. | Абсолютно черное тело |
| 24.3. | Закон излучения Стефана–Больцмана и закон смещения Вина |
| 24.4. | Формула Рэлея–Джинса |
| 24.5. | Формула Планка |
Глава 25. | Применение законов теплового излучения |
| 25.1. | Оптическая пирометрия |
| 25.2. | Источники света |
Раздел VII. Действие света |
Глава 26. | Фотоэлектрический эффект |
| 26.1. | Внешний фотоэффект |
| 26.2. | Квантовые свойства света |
| 26.3. | Внутренний фотоэффект и фотогальванический эффект |
| 26.4. | Практические применения фотоэффекта |
| 26.5. | Шумы фотоэлектронных приемников излучения |
Глава 27. | Рассеяние рентгеновских лучей |
| 27.1. | Сущность эффекта Комптона и его особенности |
| 27.2. | Элементарная теория эффекта Комптона |
Глава 28. | Давление света |
| 28.1. | Теория светового давления |
| 28.2. | Экспериментальные исследования светового давления |
Глава 29. | Фотохимическое действие света |
| 29.1. | Основные фотохимические законы |
| 29.2. | Основы фотографии |
Раздел VIII. Распространение света в движущихся средах |
Глава 30. | Скорость света и ее измерение |
| 30.1. | Астрономические методы измерения скорости света |
| 30.2. | Измерения скорости света земных источников |
Глава 31. | Оптические опыты с движущимися телами |
| 31.1. | Проблема эфира и принцип относительности в механике |
| 31.2. | Опыты Физо и Майкельсона |
| 31.3. | Основы специальной теории относительности и преобразования Лоренца |
| 31.4. | Оптический эффект Доплера |
| 31.5. | Оптические опыты в неинерциальных системах |
Раздел IX. Основы спектроскопии и люминесценции |
Глава 32. | Излучение атомов и спектральные закономерности |
| 32.1. | Основные квантовые представления |
| 32.2. | Основные типы уровней энергии |
| 32.3. | Уровни энергии и спектр атома водорода |
Глава 33. | Поглощение и излучение света молекулами |
| 33.1. | Разделение энергии молекул на части и основные типы спектров |
| 33.2. | Вращательное движение и вращательные спектры молекул |
| 33.3. | Колебательное движение и колебательные спектры молекул |
| 33.4. | Электронные состояния и электронные спектры молекул |
Глава 34. | Люминесценция сложных молекул |
| 34.1. | Виды люминесценции |
| 34.2. | Простейшие модели излучателей |
| 34.3. | Основные закономерности в спектрах сложных молекул |
| 34.4. | Выход флуоресценции |
| 34.5. | Тушение флуоресценции |
| 34.6. | Время жизни возбужденного состояния и законы затухания флуоресценции |
| 34.7. | Поляризация флуоресценции |
| 34.8. | Излучение Черенкова–Вавилова |
Раздел X. Оптические квантовые генераторы и некоторые вопросы нелинейной оптики |
Глава 35. | Оптические квантовые генераторы |
| 35.1. | Спонтанное и вынужденное испускание |
| 35.2. | Усиление и генерация света |
| 35.3. | Основные свойства лазерного излучения |
| 35.4. | Типы квантовых генераторов |
Глава 36. | Некоторые вопросы нелинейной оптики |
| 36.1. | Нелинейная поляризация среды |
| 36.2. | Оптическое детектирование и генерация гармоник |
| 36.3. | Генерация света на произвольной частоте и преобразование частот |
| 36.4. | Самофокусировка света |
| 36.5. | Многофотонное поглощение и ионизация |
| 36.6. | Вынужденное комбинационное рассеяние света |
Рекомендуемая литература |
Приложение |
Раздел "Оптика" курса общей физики весьма
объемен. Из имеющихся учебных пособий,
которыми пользуются студенты университета
(Г.С.Ландсберг "Оптика", Н.И.Калитеевский.
"Волновая оптика", С.Э.Фриш, А.В.Тиморева
"Курс общей физики"), в какой-то мере
удовлетворяет программе лишь последнее
издание учебного пособия Г.С.Ландсберга
(1978 г.), дополненное вопросами современной
оптики. Не умаляя значимости этих пособий,
хотелось бы отметить, что уровень изложения
основного и дополнительного материала сильно
различается по степени трудности. Поэтому
естественным было желание создать учебное
пособие, которое включало бы все (или почти
все) вопросы программы. При этом мы не стремились
к сильной математизации курса и там,
где это возможно и целесообразно, старались
обойтись более простыми математическими приемами,
не нарушая, однако, логического построения
той или иной физической теории и не превращая
экспериментальный курс оптики в теоретический.
Отметим еще один момент. При написании
данного пособия хотелось изложить все вопросы
наилучшим методическим образом. С этой
целью были использованы лучшие методики
изложения отдельных вопросов в других пособиях
и монографиях.
Первый том пособия состоит из введения
и трех разделов и посвящен в основном вопросам
волновой оптики.
Во введение включены три главы. В первой
главе рассматриваются некоторые вопросы колебательного
и волнового движения, которые
необходимы в дальнейшем при изучении оптики.
Эти вопросы известны в основном из предыдущих
разделов курса общей физики, однако,
на наш взгляд, предварительное напоминание
их целесообразно.
Вторая глава посвящена электромагнитной
природе света. Поскольку электромагнитная
теория Максвелла достаточно подробно
изучается в конце предшествующего оптике
курса "Электричество", мы ограничились лишь
общим рассмотрением системы уравнений Максвелла
и свойств электромагнитных волн.
В третьей главе введения-излагаются вопросы,
связанные с фотометрическими понятиями
и единицами световых измерений.
Раздел I (главы 4–7) посвящен интерференции
света. Вначале рассматриваются вопросы,
связанные с понятием когерентности. В последнее
время в учебных пособиях по оптике
когерентность излагается очень подробно, причем
это делается сразу в начале раздела об интерференции.
В данном пособии даются общие
представления о когерентности, которых вполне
достаточно для изучения интерференции света.
Понятия временной и пространственной когерентности,
необходимые при изучении голографии
и лазеров, вынесены в соответствующие
разделы. Далее рассматриваются способы наблюдения
интерференции света, основные характеристики
интерференционных схем, локализация
полос интерференции, интерференционные
приборы и применение интерференции.
В разделе II (главы 8–12) излагаются дифракция
света, оптическая голография и характеристики
спектральных приборов.
Вначале рассматривается дифракция Френеля,
в основном качественно, а затем дифракция
Фраунгофера. Этот вид дифракции излагается
более подробно, так как он имеет большое
практическое значение. Изложение начинается
с дифракции на одной щели и ведется
двумя способами: аналитическим и графическим.
Авторы некоторых пособий отказываются
от графического способа, считая его устаревшим
и не имеющим практического значения.
Мы же придерживаемся другого мнения и считаем
целесообразным рассмотрение этого метода,
так как он часто используется при анализе
различных видов дифракции. Завершается изучение
дифракции Фраунгофера знакомством
с дифракционной решеткой, причем полной теории
дифракционной решетки не дается, а изложение
ведется на основе аналитического выражения
для дифракции на одной щели.
Специальная глава посвящена дифракции
на пространственной решетке, дифракции рентгеновских
лучей и дифракции света на ультразвуковых
волнах.
В следующей главе речь идет об оптической
голографии. Здесь формулируется принцип
голографии, рассматриваются плоские
и объемные голограммы, основные схемы получения
голограмм и восстановления изображений,
даются главные применения голографии.
Отдельный параграф этой главы посвящен временной
и пространственной когерентности.
В последней главе раздела о дифракции
приведены основные характеристики (дисперсия,
разрешающая способность и др.) приборов
с призмой и дифракционной решеткой
в качестве диспергирующего элемента. Здесь
излагаются принципы построения спектральных
приборов, даются краткие сведения о ширине
спектральной линии и физических процессах,
приводящих к ее уширению. В заключение главы
рассматривается разложение излучения
в спектр и преобразование светового импульса
спектральным прибором.
В разделе III (главы 13–15) излагаются
основные законы и положения геометрической
оптики, отмечены недостатки оптических систем
и методы их устранения, дана разрешающая
способность оптических приборов (микроскоп
и телескоп). В заключение приводятся
принцип работы и описание электронного микроскопа.