《物理光学》课程教学大纲

《物理光学》课程教学大纲课程名称：物理光学课程编号：F098091521英文名称：PhysicalOptics课程类别：专业基础课适用专业：光电信息科学与工程开课学期：第3学期总学时：56理论讲授学时：48习题课学时：8一、本课程的性质、目的和任务物理光学是理工科学校、高等示范院校物光电专业及理学专业的学科基础课程之一。通过本课程的教学，应使学生系统、全面、深入地掌握光学的基本理论、基本概念、基本现象和基本分析方法，为后续专业课程的学习以及今后从事与光学相关的工作奠定理论基础。通过物理光学课程的学习，使学生逐步掌握波动光学的基本原理，熟悉光的本性，光的传播及光与物质相互作用所服从的基本规律。在获得知识的同时，使学生建立物理模型的能力，定性分析、估算与定量计算的能力，独立获取知识的能力，理论联系实际的能力获得同步提高和发展，开拓思路，激发探索和创新精神，增强适应能力，提升其科学技术的整体素养，养成辩证唯物主义的世界观和方法论。二、课程目标内容：通过本课程的学习，使学生牢固掌握有关光的传播及其本性，包括干涉、衍射、偏振等基本想想的原理和规律，熟悉一些典型仪器的构造原理及在科研、生产实践中的应用，了解现代光学的建立和发展过程。能力：在学习中使学生逐步掌握研究有关问题的思路和方法，深刻理解观察-推理-实验-抽象的理论这一基础的科学研究方法，培养学生科学的分析思维能力及创新能力。三、本课程与其他课程的联系和分工学习物理光学，首先要对电磁波理论和粒子理论有一定的了解，而且需要有相应的数学基础支持。所以，光学应滞后于高等数学、力学和电磁学开设。物理光学是物理学的一个重要组成部分，它和原子物理、电动力学、量子力学等后续课程有密切的关系，是学习这些课程不可少的基础。四、学时分配章节序号章节标题讲授学时习题课学时第一章光的干涉122第二章光的衍射122第三章光的偏振102第四章光的吸收、散射和色散82第五章光的量子性6五、使用教材及参考书教材：姚启钧，光学教程，第六版，北京：高等教育出版社参考书：《物理光学与应用光学》石顺祥、张海兴、刘劲松编著；西安电子科技大学出版社，2000年8月第一版《PrinciplesofOptics》MaxBornandEmilWolf,CambridgeUniversityPress,1999,seventh(expanded)edition《光学原理》M.波恩、E.沃耳夫，科学出版社，1985年第二版《光学》母国光、战元龄编著；北京：人民教育出版社，1978《物理光学》梁铨廷编著；北京：机械工业出版社，1981《新概念物理教程-光学》赵凯华编著；北京：高等教育出版社，2004六、教学方法和手段以启发式教学为主，利用多媒体辅助教学，同时开展课堂讨论、课外自学、学生课外查阅文献了解学科前沿，结合课程内容完成课程设计等多种形式教学。七、教学内容第一章光的干涉（含绪论）（14学时）一、教学目标了解光学研究的内容和研究方法；知道光学发展历程；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；了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征和光强分布及其应用；掌握分振幅等厚干涉的条纹特征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、主要内容光学的研究内容和方法，光学发展史；波动的独立性、叠加性和相干性；光程和光程差，实现相干光束的方法；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（14学时）一、教学目标了解光的衍射现象，并注意区分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；了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；熟练掌握平面衍射光栅的基本原理和应用，了解光栅的分光原理，掌握光栅方程、缺级和谱线半角宽度的概念和计算；了解晶体的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、主要内容惠更斯-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（12学时）一、教学目标了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确定光在单轴晶体中的传播方向；理解应用反射或折射、尼科耳棱镜、晶体的双折射和具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各种偏振光的原理和方法；分析偏振光干涉光强的计算；了解光弹效应、电光效应、磁光效应及旋光现象及应用。二、教学重、难点重点：各种偏振光的产生及鉴别方法。难点：各种光通过波片偏振态的变化，椭圆偏振光的形成及鉴别。三、主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、电场作用下所引起的双折射；旋光现象，振动面的磁致旋转。第四章光的吸收、散射和色散（10学时）一、教学目标了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收现象所遵循的朗伯定律；理解瑞利散射，会用瑞利定律解释一些常见的光学现象；理解正常色散和反常色散的特点。二、教学重、难点重点：光的吸收、散射和色散的现象分析。难点：电偶极子模型。三、主要内容光的吸收，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。第五章光的量子性（6学时）一、教学目标理解群速度的概念；理解光的量子性；领悟光的量子性的主要证据-----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：光的量子性和主要的实验证据——光电效应和康普顿效应。难点：光的群速度和相速度。三、主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