前言

近代光学是一个非常活跃的领域，新的进展层出不穷。近年来的诺贝尔奖就多次授予光科学与技术领域的科学家。实际上，作为近代物理学两大支柱的相对论与量子力学的兴起都与光学领域的实验结果密切相关。随着信息技术的发展，光作为新的信息载体也在为越来越多的人所重视。光通信、光存储、光显示等光产业正在迅速崛起并逐渐发展壮大。社会对光科学与技术方面的人才的需求越来越多，对光学人才的质量要求越来越高。为适应光科学与技术的发展，近年来国内有很多高校成立了光科学与工程系或相近的系。“近代光学”课程作为光科学与工程系的主要基础课，目前合适的教材很少，因此编写该课程的教材是一件非常迫切的事。另外，在高校采用学分制后，需要有不同风格、不同层次的教材来满足不同学生的需求。我们编写的《近代光学》教材可以为相关专业对不同层次教材的需求提供一种选择。近年来，复旦大学光科学与工程系对本科生开设了“近代光学”课程，编者一直担任该课程主讲。本书是在编者编写的讲义基础上，结合多年从事光学相关领域的教学、科研的一些体会编写而成的。

全书共分6篇19章，内容基本覆盖近代光学的各领域，包括波动光学、几何光学、相对论光学和量子光学。第1篇首先介绍了光的传播，在此基础上讨论光在分层介质、光子晶体、各向异性介质及光波导中的传播特性。第2篇介绍光的干涉与衍射理论，主要内容包括基尔霍夫衍射理论、瑞利-索末菲衍射理论和角谱分析方法，以及时间相干性和空间相干性的基本概念与理论方法。第3篇涉及近代光学的一个重要应用领域，即信息光学。该篇重点讨论透镜的变换与成像特性，相干和非相干成像系统的频率响应，空间频率滤波及其应用，以及各种全息方法与应用。第4篇介绍几何光学的一些基本原理与方法。论证如何在短波长近似条件下，从定态波动方程及光学拉格朗日方程和光学哈密顿方程出发，建立几何光学的光线方程。此外，还介绍理想成像系统的性质，即高斯光学的主要内容，以及现代几何光学中广泛运用的矩阵方法。第5篇介绍相对论光学。讨论光在高速运动介质中的传播性质，以及在强引力场中的传播性质。相对论光学在宇宙探测及卫星通信方面有重要应用。第6篇讨论光的量子性及波粒二象性。光在与物质相互作用的过程中，伴随着光与物质的原子系统进行能量交换，其性质是用波动理论无法解释的，而必须用量子力学的观点才能深刻理解。该篇介绍光的量子说的几个重要实验和假设，以及量子力学的主要观点。讨论光与物质相互作用的半经典方法，以及电磁场的量子化与光的几种重要量子态。

为了方便自学，本书将各类重要公式的推导过程比较详细地给出，并将近代光学所常用的数学方法编于附录，以利于读者随时查看。在讨论相对论光学和量子光学时，也将相对论原理和量子力学基本原理进行了简洁的介绍，使没有系统地学过相对论和量子力学的读者在阅读本书相应部分时不致有突兀之感。全书使用的各种物理和数学符号，尽可能与国际上的通用形式保持一致。由于本书涉及的物理量非常多，有限的拉丁字母或希腊字母往往要“身兼数职”。为了清楚起见，书中主要使用的符号被列成表格，并示于卷首，但仍然恳请读者在阅读时根据上下文注意分辨，以免产生误解。各种公式均采用国际单位制，因此有些公式与采用高斯单位制或其他单位制的书中的相应公式可能略有不同，也恳请读者注意区别。书中的各种函数图几乎全部用计算机编程计算得到，以达到准确、严谨和科学的效果。为了方便教学，书中还配有一定数量的例题和习题。

本书内容广泛、新颖，适用面较宽，可适应不同学科（光学、光学工程、天文、材料和精密仪器及机械等）和不同层次学生使用的需要。既可作为相关专业本科生的必修课或选修课的教材，也可用作一般科研工作者的参考书。在用作教材时，可以根据不同要求，对内容进行选择教学。

在本书的编写和试用过程中，我们得到了复旦大学信息学院和教务处的热情支持，借此机会表示衷心感谢。编者要感谢复旦大学应萱同教授在本书编写过程中给予的鼓励和指教，以及光科学与工程系各位同事提供的支持和帮助。感谢复旦大学钱佑华教授为编者提供大量参考书籍及多年来对我们科研教学工作给予持续的关心和支持。感谢曲阜师范大学李国华教授和上海交通大学夏宇兴教授，两位教授仔细地审阅了书稿，并提出了宝贵的修改意见。感谢电子工业出版社凌毅、张濮、窦昊及王颖等编辑对本书出版提供的大力支持和帮助，正是由于他们的努力，才使得本书有幸入选为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。感谢陶余会博士在文字录入和编辑方面所做的大量工作，她的帮助大大缩短了本书的编写时间。感谢复旦大学光科学与工程系历届本科同学在本书编写过程中提供大量有价值的建议和意见。

鉴于编者水平和编写时间有限，书中疏漏或不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

编著者

2010年12月