前言

近代光學是一個非常活躍的領域，新的進展層出不窮。近年來的諾貝爾獎就多次授予光科學與技術領域的科學家。實際上，作為近代物理學兩大支柱的相對論與量子力學的興起都與光學領域的實驗結果密切相關。隨著信息技術的發展，光作為新的信息載體也在為越來越多的人所重視。光通信、光存儲、光顯示等光產業正在迅速崛起并逐漸發展壯大。社會對光科學與技術方面的人才的需求越來越多，對光學人才的質量要求越來越高。為適應光科學與技術的發展，近年來國內有很多高校成立了光科學與工程系或相近的系。“近代光學”課程作為光科學與工程系的主要基礎課，目前合適的教材很少，因此編寫該課程的教材是一件非常迫切的事。另外，在高校采用學分制后，需要有不同風格、不同層次的教材來滿足不同學生的需求。我們編寫的《近代光學》教材可以為相關專業對不同層次教材的需求提供一種選擇。近年來，復旦大學光科學與工程系對本科生開設了“近代光學”課程，編者一直擔任該課程主講。本書是在編者編寫的講義基礎上，結合多年從事光學相關領域的教學、科研的一些體會編寫而成的。

全書共分6篇19章，內容基本覆蓋近代光學的各領域，包括波動光學、幾何光學、相對論光學和量子光學。第1篇首先介紹了光的傳播，在此基礎上討論光在分層介質、光子晶體、各向異性介質及光波導中的傳播特性。第2篇介紹光的干涉與衍射理論，主要內容包括基爾霍夫衍射理論、瑞利-索末菲衍射理論和角譜分析方法，以及時間相干性和空間相干性的基本概念與理論方法。第3篇涉及近代光學的一個重要應用領域，即信息光學。該篇重點討論透鏡的變換與成像特性，相干和非相干成像系統的頻率響應，空間頻率濾波及其應用，以及各種全息方法與應用。第4篇介紹幾何光學的一些基本原理與方法。論證如何在短波長近似條件下，從定態波動方程及光學拉格朗日方程和光學哈密頓方程出發，建立幾何光學的光線方程。此外，還介紹理想成像系統的性質，即高斯光學的主要內容，以及現代幾何光學中廣泛運用的矩陣方法。第5篇介紹相對論光學。討論光在高速運動介質中的傳播性質，以及在強引力場中的傳播性質。相對論光學在宇宙探測及衛星通信方面有重要應用。第6篇討論光的量子性及波粒二象性。光在與物質相互作用的過程中，伴隨著光與物質的原子系統進行能量交換，其性質是用波動理論無法解釋的，而必須用量子力學的觀點才能深刻理解。該篇介紹光的量子說的幾個重要實驗和假設，以及量子力學的主要觀點。討論光與物質相互作用的半經典方法，以及電磁場的量子化與光的幾種重要量子態。

為了方便自學，本書將各類重要公式的推導過程比較詳細地給出，并將近代光學所常用的數學方法編于附錄，以利于讀者隨時查看。在討論相對論光學和量子光學時，也將相對論原理和量子力學基本原理進行了簡潔的介紹，使沒有系統地學過相對論和量子力學的讀者在閱讀本書相應部分時不致有突兀之感。全書使用的各種物理和數學符號，盡可能與國際上的通用形式保持一致。由于本書涉及的物理量非常多，有限的拉丁字母或希臘字母往往要“身兼數職”。為了清楚起見，書中主要使用的符號被列成表格，并示于卷首，但仍然懇請讀者在閱讀時根據上下文注意分辨，以免產生誤解。各種公式均采用國際單位制，因此有些公式與采用高斯單位制或其他單位制的書中的相應公式可能略有不同，也懇請讀者注意區別。書中的各種函數圖幾乎全部用計算機編程計算得到，以達到準確、嚴謹和科學的效果。為了方便教學，書中還配有一定數量的例題和習題。

本書內容廣泛、新穎，適用面較寬，可適應不同學科（光學、光學工程、天文、材料和精密儀器及機械等）和不同層次學生使用的需要。既可作為相關專業本科生的必修課或選修課的教材，也可用作一般科研工作者的參考書。在用作教材時，可以根據不同要求，對內容進行選擇教學。

在本書的編寫和試用過程中，我們得到了復旦大學信息學院和教務處的熱情支持，借此機會表示衷心感謝。編者要感謝復旦大學應萱同教授在本書編寫過程中給予的鼓勵和指教，以及光科學與工程系各位同事提供的支持和幫助。感謝復旦大學錢佑華教授為編者提供大量參考書籍及多年來對我們科研教學工作給予持續的關心和支持。感謝曲阜師范大學李國華教授和上海交通大學夏宇興教授，兩位教授仔細地審閱了書稿，并提出了寶貴的修改意見。感謝電子工業出版社凌毅、張濮、竇昊及王穎等編輯對本書出版提供的大力支持和幫助，正是由于他們的努力，才使得本書有幸入選為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。感謝陶余會博士在文字錄入和編輯方面所做的大量工作，她的幫助大大縮短了本書的編寫時間。感謝復旦大學光科學與工程系歷屆本科同學在本書編寫過程中提供大量有價值的建議和意見。

鑒于編者水平和編寫時間有限，書中疏漏或不妥之處在所難免，懇請讀者批評指正。

編著者

2010年12月