光学

引用

Hecht, E. (2021). Optics (5th ed.). Pearson.

章节概要

赫克特（Hecht）的《Optics》共13章，合为一卷，约700页（Google Books给出第五版美国版为714页、国际版为722页），因此平均每章篇幅较长。出版社把它介绍为一本兼顾理论与仪器的书，以传统方法为根基，同时较早引入傅里叶理论。第五版被描述为内容有所更新，采用包含光子和相量的现代讲法，并新增了一百多道例题。巴里·马斯特斯（Barry Masters）在《Optics & Photonics News》上评论这一版时概括了全书的脉络：在几何光学的基础部分展开之后，重点转向偏振、干涉、衍射和傅里叶光学。以下叙述依据出版社目录中的章名；未能获得更细的节级目录。

第1–2章：简史；波动

第1章是简史；第2章先讲波动，之后在第3章才出现光的电磁理论。

第3–4章：电磁理论、光子与光；光的传播

章名把电磁理论和光子与光的传播并列。第五版对光子的重视体现在第3章的标题中。

第5–6章：几何光学；几何光学（续）

几何光学占连续两章；马斯特斯把它们看作基础，在此之后重点转向波动光学。

第7章：波的叠加

一章讲叠加，排在偏振、干涉和衍射之前。

第8章：偏振

偏振独立成章，顺序上排在干涉之前。

第9–10章：干涉；衍射

干涉和衍射这两种经典的波动现象各占一章。马斯特斯把干涉的数学与图示描述列为本书的特色，出版社则指出书中在常见的光子图像之外，也展示了电子和中子的衍射图样。

第11章：傅里叶光学

傅里叶理论以整整一章的篇幅登场。出版社称早早引入傅里叶视角对今天的分析至关重要。

第12–13章：相干理论基础；现代光学：激光及其他

全书以相干理论的基础和一章汇集激光及其他现代话题的结尾章节收束。马斯特斯列出书中包含的现代话题有相干理论、成像、全息术和非线性光学。

核心概念

第1–4章：基础

• 波动：第2章的主题。
• 光子与光的电磁描述：第3章。
• 光的传播：第4章。

第5–8章：光线、叠加与偏振

• 几何光学：第5章和第6章。
• 波的叠加：第7章。
• 偏振：第8章。

第9–13章：波动光学与现代话题

• 干涉与衍射：第9章和第10章。
• 傅里叶光学：第11章。
• 相干理论：第12章。
• 激光及其他现代光学：第13章。

评析

优点

• 先推导，后近似。 马斯特斯认为本书的教学方式是通过严谨的推导，再讲近似及其局限，来强调对物理和数学的理解。
• 例题、插图与习题。 同一篇书评称赞设计清晰的插图、许多有启发性的例题和章末习题；出版社补充说，第五版新增了一百多道例题，所有插图都经过准确性检查并为清晰而修订。
• 较早引入傅里叶思想。 据出版社介绍，本书把传统的核心内容与对傅里叶理论的早期引入结合起来，目录中也让傅里叶光学和相干理论各占一章。
• 学习辅助。 马斯特斯提到书中有附参考文献的脚注、详细的参考书目和索引。

局限

• 章节较长。 约700页分成13章，意味着平均每章约50页，读者不能指望短小而自成一体的单元；这与把同样的内容拆成许多较短章节的书形成对比。
• 现代应用压缩得较紧。 激光与“其他话题”共用最后一章，而佩德罗蒂教材第三版的目录则为激光、光纤、全息术、探测器和眼睛分别设章。以器件和应用为主线的课程可能需要补充材料。
• 版本年代。 这里引用的版本在出版社页面上标为2021年，但据Google Books的记录和《Optics & Photonics News》的书评，同一第五版早在2016年和2017年就已印刷出版；使用旧印本的读者可预期是同样的第五版内容。

在课程中的定位

在波动与光学书单中，赫克特是偏重经典基础的教材：一卷书把学生从波动和几何光学带到偏振、干涉、衍射和傅里叶光学。在它之前，弗伦奇的《Vibrations and Waves》是一本讲振动与波动的短书，提供第2章所需的背景；沃尔姆斯利的《Light: A Very Short Introduction》基本不用数学，讲述光是什么，适合想先建立概念层面图景的读者。

最接近的替代选择是佩德罗蒂的《Introduction to Optics》。它把相近的内容分成28个较短的章节，为激光、光纤、全息术、探测器和眼睛的光学分别设章，并在多处使用矩阵方法；想要连贯推导可选赫克特，想要模块化、偏应用的选读方式可选佩德罗蒂。进一步深造时，萨利赫与泰奇的《Fundamentals of Photonics》延伸到电磁和量子的描述以及光子学器件，玻恩与沃尔夫的《Principles of Optics》则是把光学作为电磁理论一个分支来讲述的综合性参考书。

如何使用本书

本书面向本科的光学课程。学生应熟悉入门的力学与波动、微积分，并对电磁学有初步了解。

实用的安排：

• 基础： 快速浏览第1章；如果波动数学生疏了就读第2章；读第3–4章，了解电磁描述与光子描述是如何联系起来的。
• 核心序列： 第5–10章（几何光学、叠加、偏振、干涉、衍射）是一学期课程的核心。
• 第二遍阅读或高阶课程： 第11–13章（傅里叶光学、相干性、现代光学）在前面的内容扎实之后再读，收获更大。
• 练习： 先做例题，再做章末习题；《Optics & Photonics News》的书评把解这些题视为透彻理解理论及其仪器的途径。
• 配合： 可配合实验课，或者在激光和器件需要更多篇幅时搭配佩德罗蒂这样的模块化教材。