Optics

Cover......Page 1
Title Page......Page 2
Copyright Page......Page 3
Preface......Page 4
Contents......Page 8
 1.2. In the Beginning......Page 10
 1.3. From the Seventeenth Century......Page 11
 1.4. The Nineteenth Century......Page 13
 1.5. Twentieth-Century Optics......Page 16
 2.1. One-Dimensional Waves......Page 19
 2.2. Harmonic Waves......Page 23
 2.3. Phase and Phase Velocity......Page 27
 2.4. The Superposition Principle......Page 29
 2.5. The Complex Representation......Page 31
 2.6. Phasors and the Addition of Waves......Page 32
 2.7. Plane Waves......Page 33
 2.8. The Three-Dimensional Differential Wave Equation......Page 37
 2.9. Spherical Waves......Page 38
 2.11. Twisted Light......Page 40
 Problems......Page 42
3. Electromagnetic Theory, Photons, and Light......Page 46
 3.1. Basic Laws of Electromagnetic Theory......Page 47
 3.2. Electromagnetic Waves......Page 55
 3.3. Energy and Momentum......Page 58
 3.4. Radiation......Page 70
 3.5. Light in Bulk Matter......Page 77
 3.6. The Electromagnetic-Photon Spectrum......Page 84
 3.7. Quantum Field Theory......Page 91
 Problems......Page 93
 4.2. Rayleigh Scattering......Page 97
 4.3. Reflection......Page 105
 4.4. Refraction......Page 109
 4.5. Fermat’s Principle......Page 118
 4.6. The Electromagnetic Approach......Page 122
 4.7. Total Internal Reflection......Page 134
 4.8. Optical Properties of Metals......Page 140
 4.9. Familiar Aspects of the Inter action of Light and Matter......Page 143
 4.10. The Stokes Treatment of Reflection and Refraction......Page 148
 4.11. Photons, Waves, and Probability......Page 149
 Problems......Page 152
 5.2. Lenses......Page 160
 5.3. Stops......Page 184
 5.4. Mirrors......Page 189
 5.5. Prisms......Page 200
 5.6. Fiberoptics......Page 205
 5.7. Optical Systems......Page 216
 5.8. Wavefront Shaping......Page 240
 5.9. Gravitational Lensing......Page 245
 Problems......Page 247
 6.1. Thick Lenses and Lens Systems......Page 256
 6.2. Analytical Ray Tracing......Page 260
 6.3. Aberrations......Page 267
 6.4. GRIN Systems......Page 285
 Problems......Page 287
7. The Superposition of Waves......Page 291
 7.1. The Addition of Waves of the Same Frequency......Page 292
 7.2. The Addition of Waves of Different Frequency......Page 303
 7.3. Anharmonic Periodic Waves......Page 309
 7.4. Nonperiodic Waves......Page 319
 Problems......Page 333
 8.1. The Nature of Polarized Light......Page 339
 8.2. Polarizers......Page 347
 8.3. Dichroism......Page 348
 8.4. Birefringence......Page 352
 8.5. Scattering and Polarization......Page 362
 8.6. Polarization by Reflection......Page 364
 8.7. Retarders......Page 367
 8.8. Circular Polarizers......Page 374
 8.9. Polarization of Polychromatic Light......Page 375
 8.10. Optical Activity......Page 376
 8.11. Induced Optical Effects—Optical Modulators......Page 381
 8.12. Liquid Crystals......Page 385
 8.13. A Mathematical Description of Polarization......Page 388
 Problems......Page 393
 9.1. General Considerations......Page 399
 9.2. Conditions for Interference......Page 403
 9.3. Wavefront-Splitting Interferometers......Page 406
 9.4. Amplitude-Splitting Interferometers......Page 417
 9.5. Types and Localization of Interference Fringes......Page 433
 9.6. Multiple-Beam Interference......Page 434
 9.7. Applications of Single and Multilayer Films......Page 442
 9.8. Applications of Interferometry......Page 447
 Problems......Page 453
 10.1. Preliminary Considerations......Page 458
 10.2. Fraunhofer Diffraction......Page 466
 10.3. Fresnel Diffraction......Page 506
 10.4. Kirchhoff’s Scalar Diffraction Theory......Page 533
 10.5. Boundary Diffraction Waves......Page 536
 Problems......Page 537
 11.2. Fourier Transforms......Page 543
 11.3. Optical Applications......Page 553
 Problems......Page 584
 12.1. Introduction......Page 589
 12.2. Fringes and Coherence......Page 591
 12.3. Visibility......Page 595
 12.4. The Mutual Coherence Function and the Degree of Coherence......Page 598
 12.5. Coherence and Stellar Interferometry......Page 604
 Problems......Page 610
 13.1. Lasers and Laserlight......Page 613
 13.2. Imagery—The Spatial Distribution of Optical Information......Page 639
 13.3. Holography......Page 653
 13.4. Nonlinear Optics......Page 668
 Problems......Page 673
Appendix 1: Electromagnetic Theory......Page 678
Appendix 2: The Kirchhoff Diffraction Theory......Page 681
Table 1......Page 682
Solutions to Selected Problems......Page 686
Bibliography......Page 709
Index......Page 713
List of Tables......Page 723
Back Cover......Page 730