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本書以在激光器發明以后又蓬勃發展的光學相干性理論作為切入點，討論了激光束的部分相干特征及其描述方法，偏振的性質及其描述方法以及激光束通過大氣湍流傳播所出現的現象及其描述方法。作者着重物理概念的敘述，並介紹了這些概念形成的歷史過程。對出現的數學過程也作了簡化，並使用盡可能通俗的語言，以期能為更多讀者所理解和接受。
前言
第1章 隨機過程和隨機場概述 1
1.1 關於概率 1
1.2 上帝擲骰子嗎 4
1.3 隨機變量及其描述方式 5
1.3.1 隨機變量 5
1.3.2 分立隨機變量（δ—函數） 7
1.3.3 隨機變量的各階矩（平均） 9
1.3.4 兩個或更多隨機變量之間的關系 11
1.3.5 最常用的概率密度函數的形式：正態分布 14
1.4 隨機過程 19
1.4.1 隨機過程、平穩隨機過程 19
1.4.2 自相關函數的性質 23
1.4.3 平穩隨機過程的譜展開 25
1.4.4 兩個平穩隨機過程之間的關系 27
1.4.5 增量平穩過程 29
1.5 復解析信號與隨機性 32
1.5.1 復解析信號 32
1.5.2 隨機准單色信號 37
1.6 隨機場 40
1.6.1 標量場和矢量場 40
1.6.2 均勻各向同性隨機場 41
1.6.3 均勻隨機場的譜展開 43
1.6.4 局部均勻各向同性隨機場 46
1.6.5 空—時相關 48
第2章 標量場的二階相干性 50
2.1 時域相干性和相干時間 50
2.1.1 時域相干性的實驗觀察 50
2.1.2 實驗現象的數學描述 52
2.2 空間相干性 56
2.2.1 空間相干性的實驗觀察 57
2.2.2 條紋形態的數學分析 60
2.2.3 准單色條件和互譜純條件 61
2.3 相干性的傳播 64
2.4 互相干函數的極限形式 68
2.4.1 相干場 69
2.4.2 非相干場 70
2.5 Van Cittert—Zernike定理 72
2.5.1 Van Cittert—Zernike定理的基本表述 72
2.5.2 圓形平面非相干光源的輻射 74
2.5.3 應用實例—Michelson星體干涉儀 78
2.6 部分相干光源的輻射 80
2.7 謝爾模型光源、准均勻光源 84
2.7.1 謝爾模型光源和准均勻光源的數學表述 85
2.7.2 圓球形發光體的空間輻射 87
2.8 二次平面光源的輻射 90
2.8.1 一般討論 90
2.8.2 准均勻平面光源 92
2.8.3 准均勻平面光源的輻射 93
2.8.4 逆向問題 96
第3章 光束 100
3.1 光場的二維傅里葉變換 101
3.1.1 光場二維傅里葉變換的「角譜」特征 101
3.1.2 光波在z≥0的區域的傳播特征 104
3.1.3 角譜表述的另一種形式 105
3.1.4 遠距離時的近似表述 106
3.1.5 在角譜表述下的光場相干性 108
3.2 高斯光束 110
3.2.1 為什麼是「高斯」 110
3.2.2 高斯光束的數學表述 111
3.2.3 高斯光束的解讀 113
3.3 高斯—謝爾模型光束 115
3.3.1 光束的等效原理 116
3.3.2 高斯—謝爾模型 118
3.3.3 GSM光源的極限狀況 119
3.3.4 參數σs和σg的物理意義 121
3.3.5 高斯—謝爾模型光束原理 124
3.4 光束品質或光束「質量」 132
3.4.1 M2因子 133
3.4.2 斯特列爾比 136
3.4.3 桶中功率 139
3.5 題外話：關於「無衍射光束」 141
第4章 矢量場相干性的應用—偏振的描述 145
4.1 瓊斯矢量和相干矩陣 148
4.2 理想偏振實驗的描述 150
4.2.1 相干矩陣的測量 150
4.2.2 I′（δ，θ）的變化規律 151
4.3 偏振的相干矩陣表述 153
4.3.1 完全的非偏振光、自然光 153
4.3.2 完全的偏振光 155
4.3.3 偏振度 156
4.4 准單色光束經過偏振器件 159
4.4.1 傳輸矩陣或瓊斯矩陣 159
4.4.2 完全的偏振光通過偏振器件 160
4.4.3 典型偏振器件的傳輸矩陣 160
4.4.4 偏振器件的級聯 164
4.5 斯托克斯參數 165
4.5.1 斯托克斯參數的基本概念 165
4.5.2 斯托克斯參數和相干矩陣 169
4.5.3 用斯托克斯參數表達偏振度 170
4.5.4 偏振器件及其級聯 172
第5章 矢量隨機場的應用—光學湍流 174
5.1 關於「湍流」 175
5.1.1 湍流的發生 175
5.1.2 柯爾莫哥洛夫湍流模型 177
5.1.3 湍流中的溫度場和折射率場 182
5.1.4 被動保守標量—位溫 183
5.1.5 溫度場的隨機特征 184
5.1.6 折射率場 185
5.1.7 折射率結構常數的測量 188
5.1.8 大氣中Cn的概況 191
5.2 湍流中光束傳播的實驗現象 195
5.2.1 圖像模糊 196
5.2.2 光強起伏 196
5.2.3 光束漂移和光束擴展 197
5.3 理論處理之一—經典處理的微擾解法 199
5.3.1 基本方程 199
5.3.2 經典處理的一些主要結果 203
5.3.3 光強的概率密度分布 205
5.3.4 筆者的評述 210
5.4 湍流效應的時間特性 214
5.5 理論處理之二—光線傳播解法 217
5.5.1 對相位起伏的解釋 217
5.5.2 對幅度起伏的解釋 219
5.5.3 對起伏飽和現象的解釋 221
5.6 其余的話 223
5.6.1 光束的傳播 223
5.6.2 「矩」方程 224
5.6.3 相干性的影響 226
5.6.4 關於自適應光學 228
5.7 關於「附錄中的學者」 229
參考文獻 230
附錄 所涉及的學者簡介 231
