《光学》课程教学大纲课程的英文名称：Optics课程编号：106121005总学时：48学分：3适用对象：2012级物理专业本科学生先修课程：高中物理一、课程的性质和目标要求光学是普通物理学的一个重要组成部分，是研究光的本性、光的传播和光与物质的相互作用的基础科学，它和原子物理、电动力学、量子力学等后继课有密切的关系。激光的出现和发展，使光学的研究进入到一个薪新的阶段。它与现代科学技术有密切联系。光学的发展过程也是人们认识客观世界的一个重要组成部分，它有助于培养学生的辩证唯物主义世界观1.要求学生牢固掌握有关光的传播及其本性，包括干涉、衍射、偏振等基本现象、原理和规律，为后继课程奠定必要的基础。并了解它们在科研、生产和实践上的应用。2.要求学生牢固掌握几何光学的基本概念、成像规律和作图方法。熟悉典型助视光学仪器的基本原理。3.要求学生具有分析和处理中学物理光学教材的能力4.要求学生了解现代光学发展的趋向，要求对激光产生的原理和激光器有初步的了解，5.培养学生在课堂教学、习题课及课外作业中的独立思考能力。二、课程的教学内容、重点和难点1.本大纲的体系是按波动光学、几何光学、光的量子性和现代光学四个部分的次序安排的。波动光学放在前面，是因为考虑到和普通物理电磁学的衔接，有利于认识光的电磁本性；这样处理，可将几何光学作为波动光学的近似和特例，有助于从光的电磁本性来理解几何光学的内容，比中学几何光学在观点上有所提高；同时还符合当前国内外光学教学体系的变化趋势。至于波动光学教学中所涉及的几何光学的最基本的知识，在中学的几何光学教学中已有一定的基础。2.教学上应反映光学科学发展的先进水平。因此，除集中一章介绍现代光学基础外并将光学纤维、光学薄膜、新型望远镜系统、波带片等内容分散在各章中作一扼要介绍。1）使用本大纲时，如果将几何光学放在前面，在内容的安排上应注意，将光学仪器的分辨本领这部分内容安排在衍射这一章介绍。光程的概念应放在几何光学中介绍。22
22 《光学》课程教学大纲 课程的英文名称：Optics 课程编号：106121005 总学时： 48 学分：3 适用对象：2012 级物理专业本科学生 先修课程：高中物理 一、课程的性质和目标要求 光学是普通物理学的一个重要组成部分，是研究光的本性、光的传播和光与物质的相互 作用的基础科学，它和原子物理、电动力学、量子力学等后继课有密切的关系。激光的出现 和发展，使光学的研究进入到一个崭新的阶段。它与现代科学技术有密切联系。光学的发展 过程也是人们认识客观世界的一个重要组成部分，它有助于培养学生的辩证唯物主义世界观。 1．要求学生牢固掌握有关光的传播及其本性，包括干涉、衍射、偏振等基本现象、原 理和规律，为后继课程奠定必要的基础。并了解它们在科研、生产和实践上的应用。 2．要求学生牢固掌握几何光学的基本概念、成像规律和作图方法。熟悉典型助视光学 仪器的基本原理。 3．要求学生具有分析和处理中学物理光学教材的能力。 4．要求学生了解现代光学发展的趋向，要求对激光产生的原理和激光器有初步的了解。 5．培养学生在课堂教学、习题课及课外作业中的独立思考能力。 二、课程的教学内容、重点和难点 1．本大纲的体系是按波动光学、几何光学、光的量子性和现代光学四个部分的次序安 排的。波动光学放在前面，是因为考虑到和普通物理电磁学的衔接，有利于认识光的电磁本 性；这样处理，可将几何光学作为波动光学的近似和特例，有助于从光的电磁本性来理解几 何光学的内容，比中学几何光学在观点上有所提高；同时还符合当前国内外光学教学体系的 变化趋势。至于波动光学教学中所涉及的几何光学的最基本的知识，在中学的几何光学教学 中已有一定的基础。 2．教学上应反映光学科学发展的先进水平。因此，除集中一章介绍现代光学基础外， 并将光学纤维、光学薄膜、新型望远镜系统、波带片等内容分散在各章中作一扼要介绍。 1）使用本大纲时，如果将几何光学放在前面，在内容的安排上应注意，将光学仪器的 分辨本领这部分内容安排在衍射这一章介绍。光程的概念应放在几何光学中介绍
2）除课堂教学外，几何光学的成像计算和成像作图这部分内容的习题课应加强；自然光、线偏振光和椭圆偏振光等物理概念的形成，可配合课堂讨论。3）有些章节（例如干涉、衍射和偏振等）内容比较抽象，因此应配合课堂演示，有条件的单位尽可能采用现代化教学手段。绪论1．光学的研究内容和方法。2．光学发展简史。一、光的干涉内容：1．光的波动性，光束的独立性、叠加性和相干性。2.光程和光程差，实现相干光束的方法。3.半波损失。4.等倾干涉和等厚干涉。5.迈克耳孙干涉仪。6.多光束干涉，法布里-珀罗干涉仪。7．干涉现象的应用。教学要求：1.要求学生理解并掌握光的相干条件和光程的概念。当分析双光束干涉时，要求学生掌握光强分布的特征。2.要求学生理解并掌握等倾干涉和等厚干涉的基本概念及其应用。了解条纹定域问题。3.要求学生要了解迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的原理及其应用，当分析法布里-珀罗干涉仪时，懂得突出多光束干涉的特点。4．要求学生要了解薄膜光学的内容。5．要求学生要了解时间相干性和空间相干性的概念。6．要求学生要了解半波损失原理。7.要求学生要了解干涉现象的应用，如镀膜光学元件和牛顿环原理及简单计算。本章重点与难点：光程和光程差，实现相干光束的方法。等倾干涉和等厚干涉。教学方法：借助多媒体课件讲解及练习。23
23 2）除课堂教学外，几何光学的成像计算和成像作图这部分内容的习题课应加强；自然 光、线偏振光和椭圆偏振光等物理概念的形成，可配合课堂讨论。 3）有些章节（例如干涉、衍射和偏振等）内容比较抽象，因此应配合课堂演示，有条 件的单位尽可能采用现代化教学手段。 绪论 1．光学的研究内容和方法。 2．光学发展简史。 一、光的干涉 内容： 1．光的波动性，光束的独立性、叠加性和相干性。 2．光程和光程差，实现相干光束的方法。 3．半波损失。 4．等倾干涉和等厚干涉。 5．迈克耳孙干涉仪。 6．多光束干涉,法布里-珀罗干涉仪。 7．干涉现象的应用。 教学要求： 1．要求学生理解并掌握光的相干条件和光程的概念。当分析双光束干涉时，要求学生 掌握光强分布的特征。 2．要求学生理解并掌握等倾干涉和等厚干涉的基本概念及其应用。了解条纹定域问题。 3．要求学生要了解迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的原理及其应用，当分析法 布里-珀罗干涉仪时，懂得突出多光束干涉的特点。 4．要求学生要了解薄膜光学的内容。 5．要求学生要了解时间相干性和空间相干性的概念。 6．要求学生要了解半波损失原理。 7．要求学生要了解干涉现象的应用，如镀膜光学元件和牛顿环原理及简单计算。 本章重点与难点： 光程和光程差，实现相干光束的方法。等倾干涉和等厚干涉。 教学方法： 借助多媒体课件讲解及练习
二、光的衍射内容：1.惠更斯-菲涅耳原理，振幅矢量合成作图法。2.菲涅耳衍射、波带片。3.夫琅禾费单缝衍射。4．夫琅禾费圆孔衍射。5.平面衍射光栅。6．空间光栅、布拉格方程。教学要求：1.要求学生理解并掌握惠更斯-菲涅耳原理，了解菲涅耳积分表达式的意义。2.夫要求学生理解并掌握琅禾费单缝衍射和衍射光栅，会运用解析法推导夫琅禾费单缝衍射光强公式。了解闪耀光栅。3.要求学生理解并掌握光栅方程和导出及其意义。4.要求学生理解并会运用振幅矢量合成图介绍菲涅耳（圆孔、圆屏和直边）衍射中的一种和环状波带片。5．要求学生了解夫琅禾费圆孔衍射的强度公式，了解第一最小值所在位置的重要性。本章重点与难点：夫琅禾费单缝衍射。夫琅禾费圆孔衍射。平面衍射光栅。教学方法：借助多媒体课件讲解及练习。三、几何光学基本原理内容：1．光线的概念，几何光学的应用范围，费马原理。2．单心光束和像散光束，实像和虚像。3.几何光学的基本定律。4.平面反射和折射，棱镜的最小偏向角，光学纤维。5.符号法则，球面反射和折射。6．虚物的概念，薄透镜。7.理想成像的条件，横向放大率和光束会聚比。8.同轴球面光具组的基点和基面，薄透镜的组合。24
24 二、光的衍射 内容： 1．惠更斯-菲涅耳原理，振幅矢量合成作图法。 2．菲涅耳衍射、波带片。 3．夫琅禾费单缝衍射。 4．夫琅禾费圆孔衍射。 5．平面衍射光栅。 6．空间光栅、布拉格方程。 教学要求： 1．要求学生理解并掌握惠更斯-菲涅耳原理，了解菲涅耳积分表达式的意义。 2．夫要求学生理解并掌握琅禾费单缝衍射和衍射光栅，会运用解析法推导夫琅禾费单 缝衍射光强公式。了解闪耀光栅。 3．要求学生理解并掌握光栅方程和导出及其意义。 4．要求学生理解并会运用振幅矢量合成图介绍菲涅耳（圆孔、圆屏和直边）衍射中的 一种和环状波带片。 5．要求学生了解夫琅禾费圆孔衍射的强度公式，了解第一最小值所在位置的重要性。 本章重点与难点： 夫琅禾费单缝衍射。夫琅禾费圆孔衍射。平面衍射光栅。 教学方法： 借助多媒体课件讲解及练习。 三、几何光学基本原理 内容： 1．光线的概念，几何光学的应用范围，费马原理。 2．单心光束和像散光束，实像和虚像。 3．几何光学的基本定律。 4．平面反射和折射,棱镜的最小偏向角,光学纤维。 5．符号法则，球面反射和折射。 6．虚物的概念，薄透镜。 7．理想成像的条件，横向放大率和光束会聚比。 8．同轴球面光具组的基点和基面，薄透镜的组合
教学要求：1.要求学生理解并掌握光线、实像、虚像和虚物等概念，2.要求学生掌握由费马原理导出折射定律。3.要求学生理解并掌握薄透镜的物像公式和任意光线的成像作图法。4.要求学生了解几何光学采用的符号法则一一新笛卡儿符号法则。5．基要求学生理解点、基面的物理意义。6.要求学生理解并掌握光学纤维的构造及其应用。本章重点与难点：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。教学方法：借助多媒体课件讲解及练习。四、光学仪器内容：1.理想光具组的放大本领。2.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。3.像差概论。4.助视仪器的成像分辨本领，分光仪器的色分辨本领。5.典型的光学仪器（放大镜、显微镜、望远镜和投影仪等）。教学要求：1要求学生理解并掌握．放大本领和分辨本领，了解聚光本领。2.要求学生理解并掌握望远镜和显微镜，了解数值孔径和相对孔径的意义3．要求学生了解光通量、发光强度、亮度和照度的概念。4.要求学生了解球差和色差。本章重点与难点：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）。教学方法：借助多媒体课件讲解及练习。25
25 教学要求： 1．要求学生理解并掌握光线、实像、虚像和虚物等概念。 2．要求学生掌握由费马原理导出折射定律。 3．要求学生理解并掌握薄透镜的物像公式和任意光线的成像作图法。 4．要求学生了解几何光学采用的符号法则——新笛卡儿符号法则。 5．基要求学生理解点、基面的物理意义。 6．要求学生理解并掌握光学纤维的构造及其应用。 本章重点与难点： 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。 教学方法： 借助多媒体课件讲解及练习。 四、光学仪器 内容： 1．理想光具组的放大本领。 2．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。 3．像差概论。 4．助视仪器的成像分辨本领，分光仪器的色分辨本领。 5．典型的光学仪器（放大镜、显微镜、望远镜和投影仪等）。 教学要求： 1 要求学生理解并掌握．放大本领和分辨本领，了解聚光本领。 2．要求学生理解并掌握望远镜和显微镜,了解数值孔径和相对孔径的意义。 3．要求学生了解光通量、发光强度、亮度和照度的概念。 4．要求学生了解球差和色差。 本章重点与难点： 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）。 教学方法： 借助多媒体课件讲解及练习
五、光的偏振内容：1.自然光和偏振光，光是横波，偏振度和部分偏振光，2.反射和折射时的偏振现象。3．布儒斯特定律，马吕斯定律。4.光通过单轴晶体时的双折射现象，光轴与主截面，0光和e光。5.偏振仪器。6．椭圆偏振光和圆偏振光，波晶片，偏振光的检定法。7.偏振光的干涉。8.在应力、电场作用下所引起的双折射。9．旋光现象，振动面的磁致旋转。教学要求：1.要求学生理解并掌握惠更斯作图法，了解光在单轴晶体中传播的规律。2.要求学生理解并掌握布儒斯特定律，马吕斯定律，能根据菲涅耳公式导出布儒斯特定律。3.要求学生理解并掌握自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的概念及其检定方法。4.要求学生理解并掌握1/4波片的功用。本章重点与难点：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。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。教学方法：借助多媒体课件讲解及练习。六、光的传播速度内容：1.光速的测量法，光速的不变性。2.相速和群速。教学要求：1.要求学生理解光速是一个普适常数和光速的不变性2.要求学生理了解一两种经典的和近代的测量光速的方法。26
26 五、光的偏振 内容： 1．自然光和偏振光，光是横波，偏振度和部分偏振光。 2．反射和折射时的偏振现象。 3．布儒斯特定律，马吕斯定律。 4．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。 5．偏振仪器。 6．椭圆偏振光和圆偏振光，波晶片，偏振光的检定法。 7．偏振光的干涉。 8．在应力、电场作用下所引起的双折射。 9．旋光现象，振动面的磁致旋转。 教学要求： 1．要求学生理解并掌握惠更斯作图法，了解光在单轴晶体中传播的规律。 2．要求学生理解并掌握布儒斯特定律，马吕斯定律，能根据菲涅耳公式导出布儒斯特 定律。 3．要求学生理解并掌握自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的概 念及其检定方法。 4．要求学生理解并掌握 1/4 波片的功用。 本章重点与难点： 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。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。 教学方法： 借助多媒体课件讲解及练习。 六、光的传播速度 内容： 1．光速的测量法，光速的不变性。 2．相速和群速。 教学要求： 1．要求学生理解光速是一个普适常数和光速的不变性。 2．要求学生理了解一两种经典的和近代的测量光速的方法