光学教学大纲

《光学》课程教学大纲（54学时）

（理论课程）

一课程说明

（一）课程概况

课程中文名称：《光学》

课程英文名称：Optics

课程编码：3910252108

开课学院：理学院

适用专业/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，是普通物理学的一个重要组成部分，是研究光的本性、光的传播及光和物质的相互作用的基础学科，它和《原子物理学》、《电动力学》和《量子物理学》等后继课程有着密切联系。激光的出现和发展使光学的研究进入了一个崭新的阶段，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）课程目标

1. 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. 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结构及原理。

3. 了解现代光学的发展概况以及现代光学的基本概念、原理，研究的方法、手段，培养学生学习的兴趣。

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）学时分配

二教学方法和手段

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论文等多种形式教学。

三教学内容

第一章（含绪论）光的干涉（10学时）

一、教学目标

1.了解光学研究的内容和研究方法；知道光学发展历程；

2.理解相干叠加和非相干叠加的区别联系；

3.理解光的相干条件和光的干涉定义；

4.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；

5.掌握光程差和相位差之间的关系；

6.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；

7.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；

8.掌握分振幅等厚干涉的条纹特征和光强分布及其应用；

9.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

1.光学的研究内容和方法，光学发展史；

2.波动的独立性、叠加性和相干性；

3.光程和光程差，实现相干光束的方法；

4.半波损失；

5.等倾干涉和等厚干涉；

6.迈克耳孙干涉仪；

7.多光束干涉,法布里-珀罗干涉仪。

第二章光的衍射（8学时）

一、教学目标

1.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；

2.理解衍射现象的理论基础-----惠更斯-菲涅尔原理；

3. 了解波带片的原理和应用；

4. 掌握夫琅禾费单缝衍射的光强分布规律，明确λθk b =sin 的物理意义；

5. 掌握夫琅禾费园孔衍射的光强分布规律，明确λθ22.1sin =D 公式的物理意义，

和艾里斑的半角宽度计算；

6. 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；

7. 了解晶体的X 射线衍射布喇格方程的λθj d =sin 2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

1. 惠更斯-菲涅尔原理；

2. 菲涅尔衍射，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. 晶体对x 射线的衍射。

第三章 光的偏振（8学时）

一、教学目标

1. 了解偏振光和自然光的表观区别和内在联系；

2. 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；

3. 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；

4. 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；

5. 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；

6. 掌握布儒斯特定律和马吕斯定律；

7. 掌握产生线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的条件。

8. 明确1/4波片和/2波片的功用；

9. 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；

10. 分析偏振光干涉光强的计算；

11. 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

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。

第四章几何光学基础（10学时）

一、教学目标

1.掌握光线和光束的概念；

2.理解物和象的概念、掌握虚物和虚象的实质；

3.了解费马原理在几何光学中的地位和作用；

4.掌握几何光学中的新笛卡儿符号法则；

5.掌握曲面反射、曲面折射及薄透镜成像的物象公式；

6.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；

7.了解理想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：符号法则的正确使用、共轴球面系统的基点和基面。

三、主要内容

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。

第五章几何光学仪器的基本原理（8学时）

一、教学目标

1.了解人眼的结构以及非正常眼的形成原因及矫正措施；