内容简介
《薄膜电磁光学》是一部系统阐述薄膜电磁光学理论及其应用的学术专著，由克劳德·阿姆拉、米歇尔·勒奎姆和米里亚姆·泽拉德三位光学薄膜技术领域的著名科学家共同撰写。全书从电磁光学基础出发，结合频率波包和空间波包的理论框架，深入探讨了光波与薄膜相互作用的机制，并构建了平面多层膜的电磁响应理论体系。
书中内容分为三个主要部分：第一部分（第1章到第5章）系统阐述了电磁光学的基本理论，包括麦克斯韦方程组、谐变电磁场、波包传播特性以及能量、因果关系和相干性等内容，为后续分析奠定了理论基础；第二部分（第6章）引入复导纳概念，建立了多层膜结构的电磁响应理论，并讨论了薄膜的局域场巨增强效应；第三部分（第7章到第9章）将理论与实际应用相结合，分析了全反射多层膜、光散射机制以及平面多层膜微腔的特性，揭示了薄膜电磁光学在复杂场景中的应用潜力。
《薄膜电磁光学》的创新之处在于将传统的薄膜光学假设转化为更为普适的理论描述，并通过复导纳概念和傅里叶变换方法，拓展了薄膜电磁光学的理论体系。其内容不仅适用于薄膜滤光片等传统光学元件的设计与优化，还为高精度光学薄膜器件的研发提供了理论支持，具有重要的学术价值和工程应用意义。
在国内，《薄膜电磁光学》的出版填补了光学薄膜理论领域的空白，为多学科交叉研究提供了重要的参考，同时有助于推动光学薄膜技术的创新与产业化发展。
目录
第1章 电磁光学基础 1
1.1 引言 1
1.2 源和场 2
1.2.1 光源 2
1.2.2 源产生的场 2
1.3 真空中的静电学 3
1.3.1 势的概念 3
1.3.2 基于格林函数的解 4
1.3.3 奇异电荷和场非连续性 5
1.3.4 静电偶极子产生的电势 6
1.4 物质中的静电学 7
1.4.1 感应偶极子的产生 8
1.4.2 偶极子近似 8
1.4.3 虚拟电荷 8
1.4.4 非连续性 9
1.5 各向同性介质中的线性光学 10
1.6 静磁学 11
1.6.1 真空中的静磁学 11
1.6.2 物质中的静磁学 12
1.7 电磁学 13
1.7.1 物质的惯性 13
1.7.2 麦克斯韦方程组 14
1.7.3 因果关系的引入 14
第2章 谐变电磁场 15
2.1 引言 15
2.2 完美物质的特殊情况 15
2.3 谐变电磁场的麦克斯韦方程组 17
2.3.1 含时傅里叶变换简介 17
2.3.2 麦克斯韦方程组的应用 17
2.3.3 小结 18
2.4 时变场的重构 19
2.5 均匀介质中的传播方程 20
2.6 相速度、折射率和波长 21
2.6.1 相速度 22
2.6.2 折射率 22
2.6.3 波长 22
2.7 吸收介质. 23
2.7.1 通常情况 23
2.7.2 金属的特殊情况 24
2.8 互正交性 25
2.9 光的偏振态 26
2.10 吸收、通量和能量 27
2.11 含源项的谐变电磁场传播方程 29
2.12 分布意义下的麦克斯韦方程组 29
第3章 频率波包 32
3.1 引言 32
3.2 线宽和脉冲宽度 33
3.2.1 通常情况 33
3.2.2 高斯光脉冲 35
3.2.3 小结 38
3.3 群速度 38
3.3.1 任意时间分布的脉冲质心 38
3.3.2 质心的传播速度 39
3.4 高斯脉冲的传播 42
3.4.1 引言 42
3.4.2 非色散介质 42
3.4.3 线性色散介质 43
3.4.4 二阶色散介质 43
3.4.5 信息传输 45
3.5 双光束干涉仪响应的建模 46
第4章 空间波包 50
第5章 能量、因果关系和相干性 62
第6章 薄膜滤光片 78
第7章 全反射多层膜 132
第8章 多层膜的光散射 182
第9章 平面多层膜微腔 247
结论 294
参考文献 296
前言/序言
译者序
在现代光科学技术领域，光学薄膜技术是实现光谱分光、能量平衡和相位调控等功能的重要技术。在物理学、天文学、光信息科学、半导体科学、能源和环境科学等领域，光学薄膜技术发挥了巨大作用，已经成为光学工程学科不可替代的重要分支。随着现代光电信息技术产业和大科学项目装置的蓬勃发展，使用薄膜技术可以“按需定制”光学功能元件，实现不同应用场景下的科学需求和产业化需求。
在光学薄膜技术领域，安格斯·麦克劳德（Angus Macleod）撰写的《薄膜光学》是一部经典的光学薄膜理论著作，也是当前使用和参考最多的一部学术专著。在光与薄膜相互作用理论上的基本假设主要分为两个方面：一方面，光源的特征为均匀单色平面波；另一方面，薄膜为各向同性、线性无磁性介质。多年来，在世界各国光学薄膜科学家的深入研究下，将原有的各种基本假设转化为实际条件，推进了光与薄膜相互作用的机制不断发展，逐渐形成了现代光学薄膜理论与技术体系，但大多数分散在发表的各类科学文献中。光学薄膜基础理论与制造技术的深度融合，不断推进光学薄膜技术的发展和产业化进程。
本书是一本新视角的光学薄膜理论专著，将原有的部分假设转化为理论描述，丰富了光与薄膜相互作用的理论体系，对于研制超高精度的光学薄膜器件奠定了理论基础。全书从电磁光学理论开始，引入频率波包和空间波包，系统地描述了光波的特征，讨论了基于傅里叶变换直接求解麦克斯韦方程的方法，基于复导纳的基本概念，将与行波有关的等效折射率概念推广到驻波，讨论了多层膜结构的电磁光学特性。基于复导纳概念的应用，详细阐述了多层膜的局域场巨增强效应和光散射机制，并且将同样的方法推广到平面微腔以及辐射光与囚禁光的能量平衡。全书主要分为3个部分：第1部分专门讨论了基于傅里叶变换的麦克斯韦方程组求解，包含第1章到第5章；第2部分建立了复导纳的基本概念，构建了平面多层膜的电磁响应理论体系，主要为第6章；第3部分将薄膜电磁光学理论与实际应用相结合，讨论了电磁场巨增强、多层膜光散射和平面微腔现象，包括第7章到第9章。本书建立了完备的薄膜电磁光学理论体系和应用方法，可以满足多学科交叉对光学薄膜元件的需求。
本书是克劳德·阿姆拉（Claude Amra）、米歇尔·勒奎姆（MichelLequime）和米里亚姆·泽拉德（Myriam Zerrad）3位光学薄膜技术领域的著名科学家集体智慧的结晶，结合他们在激光引力波探测等大型科学装置应用的光学薄膜技术研究成果，形成了独特的薄膜电磁光学理论体系，对光学薄膜技术领域的发展做出巨大贡献。
在国内，本书出版的学术价值主要体现在3个方面：一是近年来薄膜光学与微纳光学的深度融合，深入理解薄膜电磁光学理论和技术，将薄膜器件的设计与制造维度从一维拓展到三维，对于实现多学科交叉融合与应用具有重要意义；二是随着现代大型科学装置、高精度光学仪器和复杂场景应用光电装备的发展，对光学薄膜性能的需求日益增长，需要将理论方法与制造技术深度融合，才能不断突破原有光学薄膜元件的性能极限；三是我国光学薄膜理论方面的研究较为薄弱，主要还是以参考安格斯·麦克劳德撰写的《薄膜光学》为主，缺少相关的高水平理论学术著作，不利于光学薄膜技术领域的人才培养。综上所述，本书对于国内光学薄膜技术领域从事基础研究、应用研究和工程研究的科研人员和学生具有重要的参考价值。
本书的出版得到了中央军委装备发展部装备科技译著出版基金资助。在本书的翻译过程中，相关的工作也得到了国家高层次人才特殊支持计划、国家杰出青年科学基金、国防科技创新团队、天津市人才发展特殊支持计划和天津市131创新型人才培养工程等支持。刘华松研究员翻译了本书的序言和第1章到第6章，程鑫彬教授翻译了本书的第7章到第9章。非常感谢国防工业出版社冯晨编辑的支持和帮助，没有她辛勤的工作，本书也无法顺利出版。在本书的翻译过程中，还得到了单位领导和同事的理解、支持和帮助，在此对所有人表示衷心的谢意！
本书翻译风格尽量忠于原著，同时也修订了部分公式编辑错误。由于译者的学识水平所限，翻译工作中难免存在错误或翻译不准确的地方，敬请广大读者，特别是同行专家、学者不吝赐教，提出宝贵的批评和建议，我们将不胜感激！
刘华松 天津津航技术物理研究所
程鑫彬 同济大学物理科学与工程学院
