[ Сивухин ] Том 4 - Оптика

Д.В.Сивухин
ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ. Т.IV
ОПТИКА
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
ГЛАВА I
ВВЕДЕНИЕ
§ 1. Предмет оптики	9
§ 2. Геометрическая оптика	11
§ 3. Эволюция представлений о природе света	19
§ 4. Искривление световых лучей в неоднородных средах	31
§ 5. Плоские электромагнитные волны	36
§ 6. Предельный переход от волновой оптики к геометрической	42
§ 7. Принцип Ферма	47
§ 8. Групповая скорость	54
ГЛАВА II
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
§ 9. Понятие оптического изображения	64
§ 10. Преломление на сферической поверхности. Сферические зеркала и	70
тонкие линзы
§ 11. Общие свойства центрированных оптических систем	74
§ 12. Сложение центрированных систем. Толстые линзы	85
§ 13. Ограничение лучей при помощи диафрагм	91
§ 14. Астигматические пучки лучей. Каустика	96
§ 15. Геометрические аберрации центрированных систем	101
§ 16. Хроматическая аберрация	107
§ 17. Условие отсутствия дисторсии	115
§ 18. Условие синусов Аббе	116
§ 19. Теорема косинусов. Стигматические изображения широкими	123
пучками лучей
§ 20. Об абсолютных оптических инструментах	128
§ 21. Глаз и зрение	132
§ 22. Фотометрические понятия и единицы	144
§ 23. Яркость и освещенность оптического изображения. Нормальное	154
увеличение
§ 24. Оптические инструменты	162
§ 25. Электрические и магнитные линзы	180
ГЛАВА III
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА
§ 26. Общие сведения об интерференции	188
§ 27. Классические интерференционные опыты	199
§ 28. Влияние размеров источника света. Пространственная когерентность	205
§ 29. Спектральное разложение	212
§ 30. Влияние немонохроматичности света	217

§ 31. Корреляция и когерентность света	221
§ 32. Теорема Ван-Циттера — Цернике	226
§ 33. Интерференция в пленках и пластинках	228
§ 34. Интерферометр Жамена	235
§ 35. Интерферометр Майкельсона	242
§ 36. Многолучевая интерференция	244
§ 37. Стоячие световые волны	252
§ 38. Излучение Вавилова — Черенкова	256
ГЛАВА IV
ДИФРАКЦИЯ СВЕТА
§ 39. Принцип Гюйгенса — Френеля. Зоны Френеля	262
§ 40. Дифракция на оси от круглого отверстия и экрана Зонная пластинка	268
§ 41. Метод Френеля решения дифракционных задач. Дифракция	276
Фраунгофера и Френеля
§ 42. Зоны Шустера и спираль Корню	282
§ 43. Принцип Гюйгенса в формулировке Кирхгофа	288
§ 44. Дифракция Фраунгофера на щели	292
§ 45. Дифракция Фраунгофера на отверстиях	298
§ 46. Дифракционная решетка	302
§ 47. Дифракционная решетка как спектральный прибор	312
§.46. Эшелон Майкельсона и интерференционные спектральные приборы	316
§ 49. Разрешающая способность призмы	321
§ 50. Действие спектрального аппарата на световые импульсы	326
§ 51. Вогнутая отражательная решетка	331
§ 52. Дифракция на решетке как краевая задача	334
§ 53. Примеры на применение метода Рэлея	340
§ 54. Голография	343
§ 55. Световое поле вблизи фокуса	354
§ 56. Разрешающая способность телескопа и микроскопа	357
§ 57. Теория и демонстрационные опыты Аббе	367
§ 58. Телескоп без объектива. Получение изображении с помощью малых	374
§ 59. Фазовый контраст	378
§ 60. Измерение угловых диаметров звезд	380
§ 61. Дифракция на двумерных и трехмерных решетках. Дифракция	384
рентгеновских лучей
ГЛАВА V
ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА
§ 62. Поляризованный и естественный свет	397
§ 63. Число независимых граничных условий в электромагнитной теории	400
света
§ 64. Геометрические законы отражения и преломления волн	402
§ 65. Формулы Френеля	406
§ 66. Полное отражение	412
§ 67. Прохождение света через плоскопараллельную пластинку.	418

Просветление оптики
§ 68. Распространение света в среде с точки зрения молекулярной оптики	425
§ 69. Вывод формул Френеля в молекулярной оптике	430
§ 70. Отступления от формул Френеля	434
ГЛАВА VI
ОПТИКА МЕТАЛЛОВ
§ 71. Уравнения Максвелла и волны в металлах	441
§ 72. Геометрические законы отражения и преломления света на границе	444
§ 73. Формулы Френеля. Измерение оптических констант металлов	447
§ 74. Аномальный скин-эффект и эффективная диэлектрическая	453
проницаемость
ГЛАВА VII
КРИСТАЛЛООПТИКА
§ 75, Плоские волны в кристаллах	455
§ 76. Оптически одноосные кристаллы	457
§ 77. Поляризационные устройства	464
§ 78. Анализ поляризованного света	472
§ 79. Интерференция поляризованных лучей	480
§ 80. Нормальные скорости и поляризация волн в двуосных кристаллах	491
§ 81. Лучи, волновые нормали и связь между ними	499
§ 82. Коническая рефракция	508
§ 83. Замечания об отражении и преломлении света на границе кристаллов	513
ГЛАВА VIII
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
§ 84. Классическая теория дисперсии света	517
§ 85. Понятие о дисперсионной формуле квантовой механики	529
§ 86. Методы экспериментального исследования аномальной дисперсии	533
§ 87. Дисперсия плазмы	538
§ 88. Средняя плотность электромагнитной энергии в диспергирующих	542
средах
§ 89. Поглощение света и уширение спектральных линий	545
§ 90. Двойное преломление в электрическом и магнитном полях	551
§ 91. Линейный электрооптический аффект Поккельса	562
§ 92. Эффект Зеемана	564
§ 93. Понятие об эффекте Штарка..	570
§ 94. Вращение плоскости поляризации	572
§ 95. Магнитное вращение плоскости поляризации	578
§ 96. Временная и пространственная дисперсия. Теория естественной	584
оптической активности
§ 97. О тепловых флуктуациях	592
§ 98. Рассеяние света,.,.	597
§ 99. Явление Мандельштама — Бриллюэна	608
§ 100. Комбинационное рассеяние света	615
ГЛАВА IX

ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
§ 101. Принцип относительности в ньютоновской и релятивистской	620
механике
§ 102. Опыт Майкельсона	623
§ 103. Независимость скорости света от движения источника	629
§ 104, Понятие одновременности	632
§ 105. Преобразование координат и времени в теории относительности	635
§ 106. Лорентцово сокращение длины и замедление времени	644
§ 107. Эффект Допплера и аберрация света.	651
§ 108. Эффект Допплера в акустике и теории эфира	658
§ 109. Замедление хода часов в гравитационном поле	661
§ ПО. Сложение скоростей в теории относительности	665
§ 111. Релятивистская механика	669
ГЛАВА X
ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
§ 112. Равновесное излучение в полости	675
§ 113. Закон Кирхгофа	678
§ 114. Формула Кирхгофа — Клаузиуса	682
§ 115. Закон Стефана — Больцмана	685
§ 116, Теорема и закон смещения Вина	687
§ 117. Формула Рэлея — Джинса	692
§ 118. Формула Планка	698
§ 119. Спонтанное и индуцированное излучение	704
ГЛАВА XI
ЛАЗЕРЫ И НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА
§ 120. Принципы работы лазера	709
§ 121. Рубиновый лазер	714
§ 122. Гелий-неоновый лазер	722
§ 123. Нелинейная поляризация среды	725
§ 124. Первое приближение. Оптическое детектирование. Генерация	728
вторых гармоник, суммарной и разностной частот
§ 125. Второе приближение. Самофокусировка	733
§ 126. Параметрическая генерация света	736
Именной указатель	740
Предметный указатель	744

Этот — четвертый — том общего курса физики посвящен физической оптике и является естественным продолжением предыдущего тома, в котором излагается учение об электрических ц магнитных явлениях. Физическая оптика рассматривается в нем преимущественно с волновой (конечно, электромагнитной) точки зрения. Ропросы квантовой оптики затрагиваются лишь частично. Дается Представление о фотонах н процессе излучения как о квантовом Переходе атомных систем из одного энергетического состояния в другое. Это необходимо для введения понятия индуцированного излучения и объяснения принципов

работы лазеров. Однако систематическое изложение основ квантовой оптики, в той мере, в какой это возможно сделать в рамках общей физики, а также относящихся сюда квантовых явлений (фотоэффект, эффект Комптона, спектральные закономерности, люминесценция, эффект Зеемана, эффект Штарка и пр.), предполагается дать в пятом томе, где будет излагаться атомная физика в широком смысле этого слова.

ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ

Аббе 113, 116—118, 120, 121, 123,	Брэгг 389—394, 609, 610
157, 166, 168, 365, 367, 368,	Брюстер 27, 409, 412, 431, 434, 435,
372—374	438—440, 453, 490, 719, 723
Абрагам 558	Бугер 550
Авогадро 522, 703	Вавилов 141, 142, 256—260, 483, 550
Айве 253, 654, 655	Ван-Циттер 226
Амичи 120	Вебер 28, 38
Ангерер 273	Ведам 592
Андерсон 316	Вейерштрасс 118, 120
Араго 27, 191, 192, 272, 273, 480, 485,	Верде 579, 581
517, 572	Вильяме 319
Арене 466, 467	Вин 547, 549, 583, 584, 687, 688, 690,
Аркадьев 287	691, 693, 696, 698—701, 703,
Аскарьян 734	706—708
Ахманов 733, 736, 737	Винер 252—254
Бабине 280, 281, 475, 476	Владимирский 613
Бальмер 570, 571	Волластон 467, 470
Бартолинус 461	Вольфке 343
Басов 712	Вуд 272, 316, 336, 453, 582
Беккерель 582	Вульф 390—394, 609, 610
Беннет 723	Габор 343, 344, 346
Бессель 91, 297	Гаген 452
Бийе 201, 203, 208, 209, 351	Гайдингер 578
Био 27, 572, 574	Гайзенберг 216
Бозе 702, 704	Галилей 173, 621—623, 640, 665
Больцман 142, 556, 618, 685—687,	Гамильтон 123, 511—513, 697
692,	Гартнак 466, 467
698, 701, 702, 711	Гаусс 74
Бонч-Бруевнч 631	Гельмгольц 73, 79, 81, 118, 126, 139,
Бор 30, 704, 706	367, 422
Борн 525, 557	Герке 250, 251, 319—321, 324, 325
Брадлей 656, 657	Герц 28, 426, 431, 501, 599, 608, 727
Браун 384	Гершель 125, 176
Бреге 28	Гинзбург 258, 261
Бриллюэн 63, 608, 611, 613, 614, 726	Глан 466, 467
Бродхун 152	Горелик 198
Бройль де 31, 366	Грегори 177, 180

Гримальди 19, 24, 199, 210 Грин 288

Гросс 499, 592, 611, 612

Гук 19, 24 Гульстранд 135

Гюйгенс 19, 20, 22—25, 45, 46, 168— 171, 173, 224, 228, 262—264, 266, 276, 278, 288—290, 292, 307, 317, 335, 354, 360, 372, 382, 461, 505

Дебай 394, 525, 611, 693

Декарт 14, 19, 24 Делиль 272 Денисюк 351, 353

Джаван 628, 723

Джасея 628 Джермер 31

Джине 692, 696—701, 707, 708, 722

Джордмейн 731, 737

Допплер 403, 429, 549, 550, 651, 653, 655, 658, 659, 686, 688

Друде 253, 436, 438, 439, 447, 449, 451, 574

Дэвиссон 31 Жамен 235, 237, 238, 240—242, 534

Зееман 30, 198, 564, 565, 569, 580, 583, 668

Зельмейер 520, 521, 558, 581 Зоммерфельд 63, 297 Ингл 324

Капица 567, 569

Каплянский 499, 592 Каратеодори 127, 129

Карно 686, 687

Кассегрен 176, 177 Кельнер 170, 173, 174 Кеннеди 629

Кеплер 528, 630 Керр 30, 189, 551—554, 556—561,

563, 564, 719, 720

Кеттелер 446, 449

Кирхгоф 262, 264, 266, 276, 277, 288, 290, 678, 681, 682, 684, 685, 696

Китинг 649

Клаузиус 44, 523, 682, 684

Книппинг 385 Кбльрауш 28, 38 Комптон 30 Коперник 656 Корбино 582

Корню 283—287 Коттон 30, 561, 578

Кришнан 615 Кун 531

Кундт 533, 534, 580

Курльбаум 698

Лагранж 73, 79, 81, 118, 126

Ладенбург 532

Ламберт 150, 151, 153—155, 162, 376, 682

Ламе 501 Ландау 612, 613

Ландсберг 608, 611, 615, 616 Ланжевен 554, 561 Лаплас 42

Лармор 620, 639 Лауэ 385, 388, 389, 391, 393

Лебедев 528, 685

Левин 542, 543

Лейт 343 Лемуан 558 Леонтович 612 Леру 533

Липпман 254—256, 353 Ллойд 202, 208, 209, 221, 512, 513

Ломоносов 26, 159, 176

Лорентц Г. А. 29, 499, 518, 524, 548, 564, 566, 569, 570, 580, 620, 623,

639—642, 644, 645, 653, 665, 667, 670

Лоренц Л. 524 Лошмидт 605

Луммер 152, 250, 251, 319—321, 324, 325, 698

Лэнглей 698

Майкельсон 29, 210, 226, 242, 315, 316, 319, 323, 325, 343, 382, 383, 384, 623—631, 633, 645, 667

Макалюзо 582

Максвелл 28, 29, 38, 39, 43, 130, 132, 262, 297, 401, 402, 428, 436, 490, 441, 453, 455, 459, 517, 518, 520, 549, 576, 590, 598, 599, 602, 623, 624, 630, 669, 685,727

Максутов 177, 179, 180

Малюс 27, 54, 398, 409 Мандельштам 374, 547, 552, 604, 608,

611—616, 726

Маральди 272 Марци 19

Мах 259, 272

Мейман 715, 724

Меслин 203, 208

Миллер 737 Минковский 641, 643, 670 Михельсон 692 Молчанов 631 Морзе 297

Морли 242, 627

Мосотти 523 Муррей 628 Мутон 30, 561 Нейхаусс 256 Нернст 253

Николь 465—468, 470 Ньютон 19—21, 24, 26, 28, 32, 80,

163, 175, 180, 233, 234, 413, 518, 519, 533, 621, 669

Орнштейн 606 Пастернак 592 Паули 629

Пашен 324, 698 Перо 248—250, 252, 319—321, 331,

712, 713

Пилипецкий 734 Пифагор 19

Планк 10, 30, 366, 545, 676, 696—698, 700, 701, 703, 704, 706—708, 738

Плачек 612, 613 Поггендорф 512, 513

Пойнтинг 410, 412, 413, 456, 501— 503, 544, 600

Поккельс 562—564, 719, 720 Поль 202, 208, 209, 273, 275, 376

Празмовский 466, 467 Прево 679, 681 Принсхейм 698 Прохоров 712 Пуанкаре 620, 639

Пуассон 272, 273, 686

Пуркинье 140 Пуччианти 534 Раман 615

Рамсден 90, 168, 170, 171, 173

Резерфорд Л. М. 316 Рейхе 531 Рёмер 19, 657 Риттенгауз 315

Риттер 466, 467 Ритц 629, 630

Рождественский 241, 242, 368, 374, 534, 535, 537, 538

Роулэнд 316, 331, 333, 334

Рошон 467

Рубенс 451, 452, 698

Рубинштейн 297 Рустамов 734 Рытов 308

Рэлей 57, 199, 263, 272, 297, 314, 318, 320, 323, 336, 338—340, 343, 358— 361, 363, 365, 369, 374, 375, 426, 438, 499, 520, 544, 584, 598, 601, 602, 604, 606, 692, 696—701, 707, 708, 722

Сенармон 467 Сивухин 43 Ситтер де 630

Смолуховский 602, 604, 606

Снеллиус 14, 21, 31, 32, 47, 50, 260, 460, 469, 514

Солейль 476

Стефан 142, 685—687, 692, 701, 702

Стилуэлл 654, 655 Столетов 409, 424 Тамм 258 Таунс 628, 712

Твисс 384	497, 504, 539, 575, 577, 578, 667,
Терхьюн 731	683
Тиндаль 598, 602	Френкель 26
Томас 531	Фридрих 385
Томашек 631	Фуко 28, 30, 466, 467, 660, 661
Томпсон 466, 467	Фурье 39, 55, 212—214, 217, 221, 226,
Торндайк 629	326—328, 338—343, 350, 351,
Уайтворд 287	369, 412, 546, 610, 693
Угаров 644	Харрис 733
Ульянин 682	Хафель 648
Умов 503	Хелл 394
Упатниекс 343	Хохлов 736, 737
Фабелинский 308	Христиансен 533
Фабри 248—250, 252, 319—321, 331,	Хьюиш 541
712, 713	Цейсс 117, 166, 414
Фабрикант 711	Цендер 272
Фарадей 28, 30, 523, 551, 568, 572,	Цернике 226, 378, 608
578, 579, 581, 703	Черенков 256—260
Ферма 47—51, 54, 83	Шерер 394
Физо 28, 30, 235, 381, 382, 667	Шмидт 177—180
Фицжеральд 645	Шредингер 529
Форрестор 198	Штарк 570—572
Франк И. М. 258, 261	Шустер 282, 283, 285
Франк (поляризационная призма)	Эйлер 26, 27
466, 467	Эйнштейн 29, 30, 602, 606, 607, 620,
Франклин 26	623, 625, 629, 633—635, 639,
Фраунгофер 276, 278—280, 292, 298,	646, 661, 665, 672, 703—705,
300, 303, 315, 316, 358	710
Френель 27, 191, 192, 200—202, 204,	Эйри 357, 358, 360—363, 365, 371,
208, 209, 212, 254, 262—273,	489
275— 278, 283, 287, 289, 292—	Эренфест 57, 58, 697
294, 297, 298, 307, 335, 354, 372,	Эрриот 723
406, 408, 412, 416, 419, 422, 423,	Юнг 27, 139, 199, 200, 209, 210, 234,
425, 427, 430, 431, 433—435,	380
437, 438, 447, 452, 480, 494, 496,

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Аббе способ испытания объективов	— черное тело 681.
121	Абсолютный оптический инструмент
— число 109	128
Аберрации оптических систем 96,	Адаптация 143
101, 107	Адиабатические инварианты 686,
Аберрационная кривая 102	689, 690
Аберрация света 652, 655	Аккомодация 134
Абсолютно матовое тело 682	—, область 134

Активная (инверсно заселенная)	— нормальная 574
среда 711	— обыкновенная 458
Анаберрационная поверхность 52	— однородная 41
Анализатор 398	— поверхностная 41
Апертура 92	—— поляризации 430
—~ полной поляризации 466	— стоячая световая 252
— числовая 157	Волновое сопротивление 259
Апертурный угол 92	— уравнение 43
Апохромат 113, 166	— число спектроскопическое 216
Астигматизм 96, 104	Время восстановления 57, 60
Астигматическая разность 98	— жизни 547
Астрономическая рефракция 33	— затягивания 328
Атомные плоскости 387	— установления 188
— прямые 387	Вторичные волны Гюйгенса 23
Ахромат 113, 166	Вторичный спектр 108
Ахроматизм положения 166	Входной зрачок 92
— увеличения 167	— люк 93
Бабине компенсатор 475	Выходной зрачок 92
— теорема 281	—— люк 93
Бабине — Солейля компенсатор 476	Галилея преобразование 621
Баллистическая гипотеза 630	— принцип относительности 621
Беккереля формула 582	Гало 302
Бийе билинза 201	Гамма-излучение 9, 10
Бинокль 173	Генерация волн суммарной и
Бора правило частот 706	разностной частот 732
Брэгга — Вульфа условие 390	— гармоник 728, 733
Брюстера закон 409, 431, 434, 440	Геометрические законы отражения и
— угол 409 Бугера закон 550	преломления 403, 513
Вектор импульса-энергии 672	— — — — — на границе металла
Венцы 302	444
Верде постоянная 579	Гигантские импульсы 720
Видимая величина площадки 144	Главная оптическая ось 70
Видности кривая 140	Главное зеркало 174
Вина закон смещения 690, 691	— сечение кристалла 457
— парадокс 583	Главные нормальные сечения 97
— постоянная 703	— — плоскости 77
— теорема 687	—— показатели преломления
Виньетирование 94	кристалла 496
Водянистая влага 132	— радиусы кривизны 97
Волна де Бройля 366	— скорости света в кристалле 496
—— дипольная 430	Главный азимут 449
—— монохроматическая 190	— угол падения 449
— необыкновенная 459	Глаз близорукий 134
— неоднородная 41	— дальнозоркий 134

— схематический 135	Дисторсия 106
—, камера задняя 132	—, условие отсутствия 115
—, — передняя 132	Дифракционная решетка 302, 307,
—, область аккомодации 134	308
—, оптическая система 132	— — амплитудная 308
—, острота зрения 138	Дифракционная решетка вогнутая
Глазная линза 168	отражательная 331
Глубина проникновения 405, 445	— — двумерная 384
— резкости 95	— — Рэлея 338
Голограмма 344	— — трехмерная (пространственная)
Голография 343, 344	384
Гравитационное смещение	— — второстепенные максимумы
спектральных линий 665	304
Группа волн 58	— — главные максимумы 304
Гюйгенса принцип 23, 505	— — дисперсионная область 313
— — в формулировке Кирхгофа 286,	— — метод скользящего падения 309
290	— — период 303, 387
— — — — Френеля 263	— — порядок спектра 304
Двойное лучепреломление 460	— — пропускаемость (амплитудная
— — круговое 575	прозрачность) 335
— — при механических	— разрешаемое расстояние 314
деформациях 490	— — разрешающая способность 314,
—— — -— течении жидкостей 490	330
Дебаеграмма 394	— — — — в рентгеновской области
Дебая — Шерера — Хелла метод 394	396
Демодуляция света 198	Дифракция 13, 262
Денисюка метод в голографии 353	— рентгеновских лучей 384
Диафрагма апертурная 92	— Фраунгофера 278
— поля зрения 93	— — на двумерной решетке 384
Диоптрия 87	— — — круглом отверстии 299
Дисперсионная область 313	— — — отверстиях 298
Дисперсия аномальная 522	— — — трехмерной решетке 384
— временная 586	— Френеля 278
—— диэлектрических осей 498	— — от края Луны 287
—— нормальная 522	— — — — экрана 286
—— относительная 109	— —, метод подобия 287
— отрицательная 532	Дихроизм 468
— плазмы 538	— круговой 578
— положительная 532	Диэлектрическая проницаемость
—— пространственная 491, 587	динамическая 39
— света 38	—— — комплексная 443
Дисперсия средняя 109	— — металла 442
— угловая 313	— — поперечная 457
—, коэффициент 109	— — продольная 457