光学教学大纲

《光学》课程教学大纲（54学时）（理论课程）一课程阐明（一）课程概况课程中文名称：《光学》课程英文名称：Optics课程编码：开课学院：理学院合用专业/开课学期：物理学/第三学期学分/周学时：3/3《光学》是物理学本科专业的一门重要的专业必修基础课程，是普通物理学的一种重要构成部分，是研究光的本性、光的传输及光和物质的互相作用的基础学科，它和《原子物理学》、《电动力学》和《量子物理学》等后继课程有着亲密联系。激光的出现和发展使光学的研究进入了一种崭新的阶段，更加扩大了光学在高科技领域、生产和国防上的应用。先修课程：高等数学、电磁学（二）课程目的1.牢固掌握有关光的传输及其本性，涉及干涉、衍射、偏振等基本现象、原理和规律，为后继课程奠定必要的基础。并理解它们在科研、生产和实践上的应用。2.牢固掌握几何光学的基本概念、成像规律和作图办法。熟悉典型助视光学仪器的基本构造及原理。3.理解当代光学的发展概况以及当代光学的基本概念、原理，研究的办法、手段，培养学生学习的爱好。4.培养学生的学习能力、科学探究能力和分析解决问题的能力，培养学生实事求是、勇于探究的科学精神和辩证唯物主义世界观。（三）学时分派章（专项）重要内容理论学时1光的干涉（含绪论）102光的衍射83光的偏振84几何光学基础105光学仪器基本原理86光的吸取、色散和散射47光的量子性48当代光学基础2二教学办法和手段以启发式教学为主，运用多媒体辅助教学，同时开展课堂讨论、课外自学、学生课外查阅文献理解学科前沿，结合课程内容完毕课程论文等多个形式教学。三教学内容第一章（含绪论）

光的干涉（10学时）一、教学目的理解光学研究的内容和研究办法；懂得光学发展历程；理解相干叠加和非相干叠加的区别联系；理解光的相干条件和光的干涉定义；理解干涉条纹的可见度以及空间相干性和时间相干性对可见度的影响；掌握光程差和相位差之间的关系；掌握分波面干涉装置的干涉强度分布的基本规律，即干涉条纹的间距和干涉条纹的形状；掌握分振幅法等倾干涉条纹的条纹特性和光强分布及其应用；掌握分振幅等厚干涉的条纹特性和光强分布及其应用；掌握迈克尔孙干涉仪和法布里干涉仪的基本原理及其应用。二、教学重、难点重点：相干条件，以及分振幅和分波面干涉装置及干涉光强分布。难点：薄膜干涉和多光束干涉。三、重要内容光学的研究内容和办法，光学发展史；波动的独立性、叠加性和相干性；光程和光程差，实现相干光束的办法；半波损失；等倾干涉和等厚干涉；迈克耳孙干涉仪；多光束干涉,法布里-珀罗干涉仪。第二章

光的衍射（8学时）一、教学目的理解光的衍射现象，并注意分辨菲涅尔衍射和夫琅和费衍射；理解衍射现象的理论基础-----惠更斯-菲涅尔原理；理解波带片的原理和应用；掌握夫琅禾费单缝衍射的光强分布规律，明确的物理意义；掌握夫琅禾费园孔衍射的光强分布规律，明确公式的物理意义，和艾里斑的半角宽度计算；纯熟掌握平面衍射光栅的基本原理和应用，理解光栅的分光原理，掌握光栅方程、缺级和谱线半角宽度的概念和计算；理解晶体的X射线衍射布喇格方程的意义；二、教学重、难点重点：惠更斯—菲涅耳原理的物理意义、夫琅和费单缝衍射、平面衍射光栅难点：用菲涅耳积分公式定量计算光强分布三、重要内容惠更斯-菲涅尔原理；菲涅尔衍射，波带片；夫琅禾费单缝衍射；夫琅禾费圆孔衍射；平面衍射光栅；晶体对x射线的衍射。第三章

光的偏振（8学时）一、教学目的理解偏振光和自然光的表观区别和内在联系；理解光的偏振现象是光的横波性最直接和最有力的实验证据；明确单轴晶体的光轴、主截面和振动面的意义；寻常光和非常光的性质；掌握单轴晶体中的惠更斯作图法拟定光在单轴晶体中的传输方向；理解应用反射或折射、尼科耳棱镜、晶体的双折射和含有二向色性的人造偏振片等产生平面偏振光；掌握布儒斯特定律和马吕斯定律；掌握产生线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的条件。明确1/4波片和/2波片的功用；学会用波片和检偏器来产生和鉴定多个偏振光的原理和办法；分析偏振光干涉光强的计算；理解光弹效应、电光效应、磁光效应及旋光现象及应用。二、教学重、难点重点：多个偏振光的产生及鉴别办法。难点：多个光通过波片偏振态的变化，椭圆偏振光的形成及鉴别。三、重要内容自然光和偏振光，光是横波，偏振度和部分偏振光；反射和折射时的偏振现象；布儒斯特定律，马吕斯定律；光通过单轴晶体时的双折射现象，光轴与主截面，o光和e光；偏振仪器；椭圆偏振光和圆偏振光，波晶片，偏振光的检定法；偏振光的干涉；在应力、电场作用下所引发的双折射；旋光现象，振动面的磁致旋转。第四章

几何光学基础（10学时）一、教学目的掌握光线和光束的概念；理解物和象的概念、掌握虚物和虚象的实质；理解费马原理在几何光学中的地位和作用；掌握几何光学中的新笛卡儿符号法则；掌握曲面反射、曲面折射及薄透镜成像的物象公式；掌握几何光学的光线作图法求解单球面折射和薄透镜的成象问题；理解抱负光具组的基点和基面的意义。二、教学重、难点重点：费马原理、符号法则、薄透镜物象公式和作图求像法。难点：符号法则的对的使用、共轴球面系统的基点和基面。三、重要内容光线的概念，几何光学的应用范畴，费马原理；单心光束和像散光束，实像和虚像；几何光学的基本定律；平面反射和折射,棱镜的最小偏向角,光学纤维；符号法则，球面反射和折射；虚物的概念，薄透镜；抱负成像的条件，横向放大率和光束会聚比；同轴球面光具组的基点和基面，薄透镜的组合。第五章

几何光学仪器的基本原理（8学时）一、教学目的理解人眼的构造以及非正常眼的形成因素及矫正方法；领悟视角的物理意义；领悟助视仪器的放大本领的物理意义，区别角放大率与放大本领；掌握放大镜、目镜、显微镜和望远镜的放大本领的计算；理解光阑在光学仪器的作用和地位；学会有效光阑，入射光瞳和出射光瞳的计算；理解光通量、发光强度、光照度和光亮度的概念及其单位，特别是作为七个基本物理量之一的发光强度的单位---坎德拉；理解球差和色差的形成与矫正。二、教学重、难点重点：望远镜、显微镜的原理、放大本领和分辨本领。难点：有效光阑，入射光瞳和出射光瞳的计算，光学仪器的聚光本领。三、重要内容抱负光具组的放大本领；入射光瞳和出射光瞳，光度学和基本概念及其单位，像的亮度和照度，物镜的聚光本领；像差概论；助视仪器的成像分辨本领，分光仪器的色分辨本领；典型的光学仪器（放大镜、显微镜、望远镜和投影仪等）。第六章

光的吸取、散射和色散（4学时）一、教学目的理解电偶极辐射对光的反射和折射现象的解释；理解从能量的观点研究光的吸取现象所遵照的朗伯定律；理解瑞利散射，会用瑞利定律解释某些常见的光学现象；理解正常色散和反常色散的特点。二、教学重、难点重点：光的吸取、散射和色散的现象分析。难点：电偶极子模型。三、重要内容光的吸取，比尔定律；光的散射，散射光的强度和波长之间的关系，散射光的偏振度,受激散射；正常色散和反常色散，色散方程。第七章

光的量子性（4学时）一、教学目的理解群速度的概念；理解光的量子性；领悟光的量子性的重要证据-----光电效应和康普顿效应，理解光的波粒二象性。二、教学重、难点重点：光的量子性和重要的实验证据——光电效应和康普顿效应。难点：光的群速度和相速度。三、重要内容光速的测量法，光速的不变性；相速和群速；热辐射，基尔霍夫定律；绝对黑体，绝对黑体辐射定律；普朗克公式；光电效应，光子，爱因斯坦方程；康普顿效应；光的波粒二象性。第八章

当代光学基础（2学时）一、教学目的理解有关激光的亚稳态能级，受激发射光激励、粒子数目反转、光振荡等基本概念；理解激光的特性和应用；理解全息摄影的基本原理；二、教学重、难点重点：激光的特性难点：全息摄影的基本原理三、重要内容激光的基本原理；激光的特点及其应用；全息摄影；四考核方法（一）考核方式：闭卷（二）评分方法：平时成绩占50%，期末考核占50%。平时成绩考核方法考勤：20%,作业：30%，课堂提问：10%，课外自学：10%，创新：30%。五教材及重要参考书目（一）教材：姚启钧.光学教程（第四版）[M