光學

引用

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

章節概要

赫克特（Hecht）的《Optics》共13章，合為一卷，約700頁（Google Books給出第五版美國版為714頁、國際版為722頁），因此平均每章篇幅較長。出版社把它介紹為一本兼顧理論與儀器的書，以傳統方法為根基，同時較早引入傅立葉理論。第五版被描述為內容有所更新，採用包含光子和相量的現代講法，並新增了一百多道例題。巴里·馬斯特斯（Barry Masters）在《Optics & Photonics News》上評論這一版時概括了全書的脈絡：在幾何光學的基礎部分展開之後，重點轉向偏振、干涉、繞射和傅立葉光學。以下敘述依據出版社目錄中的章名；未能獲得更細的節級目錄。

第1–2章：簡史；波動

第1章是簡史；第2章先講波動，之後在第3章才出現光的電磁理論。

第3–4章：電磁理論、光子與光；光的傳播

章名把電磁理論和光子與光的傳播並列。第五版對光子的重視體現在第3章的標題中。

第5–6章：幾何光學；幾何光學（續）

幾何光學佔連續兩章；馬斯特斯把它們看作基礎，在此之後重點轉向波動光學。

第7章：波的疊加

一章講疊加，排在偏振、干涉和繞射之前。

第8章：偏振

偏振獨立成章，順序上排在干涉之前。

第9–10章：干涉；繞射

干涉和繞射這兩種經典的波動現象各佔一章。馬斯特斯把干涉的數學與圖示描述列為本書的特色，出版社則指出書中在常見的光子影像之外，也展示了電子和中子的繞射圖樣。

第11章：傅立葉光學

傅立葉理論以整整一章的篇幅登場。出版社稱早早引入傅立葉視角對今天的分析至關重要。

第12–13章：相干理論基礎；現代光學：雷射及其他

全書以相干理論的基礎和一章彙集雷射及其他現代話題的結尾章節收束。馬斯特斯列出書中包含的現代話題有相干理論、成像、全像術和非線性光學。

核心概念

第1–4章：基礎

• 波動：第2章的主題。
• 光子與光的電磁描述：第3章。
• 光的傳播：第4章。

第5–8章：光線、疊加與偏振

• 幾何光學：第5章和第6章。
• 波的疊加：第7章。
• 偏振：第8章。

第9–13章：波動光學與現代話題

• 干涉與繞射：第9章和第10章。
• 傅立葉光學：第11章。
• 相干理論：第12章。
• 雷射及其他現代光學：第13章。

評析

優點

• 先推導，後近似。 馬斯特斯認為本書的教學方式是通過嚴謹的推導，再講近似及其侷限，來強調對物理和數學的理解。
• 例題、插圖與習題。 同一篇書評稱讚設計清晰的插圖、許多有啟發性的例題和章末習題；出版社補充說，第五版新增了一百多道例題，所有插圖都經過準確性檢查併為清晰而修訂。
• 較早引入傅立葉思想。 據出版社介紹，本書把傳統的核心內容與對傅立葉理論的早期引入結合起來，目錄中也讓傅立葉光學和相干理論各佔一章。
• 學習輔助。 馬斯特斯提到書中有附參考文獻的腳註、詳細的參考書目和索引。

局限

• 章節較長。 約700頁分成13章，意味著平均每章約50頁，讀者不能指望短小而自成一體的單元；這與把同樣的內容拆成許多較短章節的書形成對比。
• 現代應用壓縮得較緊。 雷射與“其他話題”共用最後一章，而佩德羅蒂教材第三版的目錄則為雷射、光纖、全像術、探測器和眼睛分別設章。以器件和應用為主線的課程可能需要補充材料。
• 版本年代。 這裡引用的版本在出版社頁面上標為2021年，但據Google Books的記錄和《Optics & Photonics News》的書評，同一第五版早在2016年和2017年就已印刷出版；使用舊印本的讀者可預期是同樣的第五版內容。

在課程中的定位

在波動與光學書單中，赫克特是偏重經典基礎的教材：一卷書把學生從波動和幾何光學帶到偏振、干涉、繞射和傅立葉光學。在它之前，弗倫奇的《Vibrations and Waves》是一本講振動與波動的短書，提供第2章所需的背景；沃爾姆斯利的《Light: A Very Short Introduction》基本不用數學，講述光是什麼，適合想先建立概念層面圖景的讀者。

最接近的替代選擇是佩德羅蒂的《Introduction to Optics》。它把相近的內容分成28個較短的章節，為雷射、光纖、全像術、探測器和眼睛的光學分別設章，並在多處使用矩陣方法；想要連貫推導可選赫克特，想要模組化、偏應用的選讀方式可選佩德羅蒂。進一步深造時，薩利赫與泰奇的《Fundamentals of Photonics》延伸到電磁和量子的描述以及光子學器件，玻恩與沃爾夫的《Principles of Optics》則是把光學作為電磁理論一個分支來講述的綜合性參考書。

如何使用本書

本書面向大學部的光學課程。學生應熟悉入門的力學與波動、微積分，並對電磁學有初步瞭解。

實用的安排：

• 基礎： 快速瀏覽第1章；如果波動數學生疏了就讀第2章；讀第3–4章，瞭解電磁描述與光子描述是如何聯絡起來的。
• 核心序列： 第5–10章（幾何光學、疊加、偏振、干涉、繞射）是一學期課程的核心。
• 第二遍閱讀或高階課程： 第11–13章（傅立葉光學、相干性、現代光學）在前面的內容紮實之後再讀，收穫更大。
• 練習： 先做例題，再做章末習題；《Optics & Photonics News》的書評把解這些題視為透徹理解理論及其儀器的途徑。
• 配合： 可配合實驗課，或者在雷射和器件需要更多篇幅時搭配佩德羅蒂這樣的模組化教材。