导语

  

内容提要

  

    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。

    阿诺德·索末菲（Arnold Sommerfeld，1868-1951），Sommerfeld是德国伟大的理论物理学家、应用数学家、流体力学家、教育家、原子物理与量子物理的创始人之一。他对理论物理多个领域，包括力学、光学、热力学、统计物理、原子物理、固体物理（包括金属物理）等有重大贡献，在偏微分方程、数学物理等应用数学领域也有重要贡献。他引进了第二量子数（角量子数）、第四量子数（自旋量子数）和精细结构常数，等等。20世纪最伟大的物理学家之一Planck在获得1918年度诺贝尔物理学奖的颁奖典礼的仪式上的演讲中指出：“Sommerfeld…便可以得到一个重要公式，这个公式能够解开氢与氢光谱的精细结构之谜，而且现在最精确的测量……一般地也能通过这个公式来解释……这个成就完全可以和海王星的著名发现相媲美。早在人类看到这颗行星之前Leverrier就计算出它的存在和轨道。”
    Sommerfeld思想深刻，研究成果影响深远。例如，他去世后发展起来的数值广义相对论和新近崛起的引力波理论研究中，还引用“Sommerfeld条件”，该条件在求解中发挥了重要作用。这再次彰显了他的科学工作的巨大价值。

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