光学A课程教学大纲

《光学A》课程教学大纲课程名称：Optics课程编号：132016总学时数：80学时讲课学时：64学时实验学时：16学时学分：5学分先修课程：高等数学、力学、热学、电磁学教材：姚启钧原著，光学教程（第三版）.北京:高等教育出版社2002.7 参考书目：赵凯华钟锡华，光学．北京：北京大学出版社，1984.1刘坤英范汝盐主编，光学.北京：中国科学技术出版社，1994.8 《课程内容简介》：《光学》课程内容包括：几何光学及物理光学两大部分,以物理光学为主。

物理光学分波动光学和量子光学两大板块，以波动光学为主。

第一章主要讲述几何光学的基本原理及基本成像仪器。

波动光学中首先设置波动光学通论一章，介绍波的时空周期性及其数学描述，进而从波的叠加观点分析各种波的合成方式及其结果，从中引入偏振光的概念；最后系统讨论光在各项同性介质界面的反射与折射。

然后分别以三章内容，系统而详尽的讲解光的干涉、衍射和偏振现象，说明其物理成因、数学处理方法、各种干涉、衍射图样的特征及形成条件，以及一些有关光学仪器及器件的原理和应用。

第六章介绍光的吸收、色散和散射现象。

第七章从经典物理处理黑体辐射时的困难入手引入光的量子性，进而介绍支持光的量子性的一系列实验，深化对光的本性的认识，并以光的波粒二象性对全书的基本观点进行总结。

一、课程性质、目的和要求《光学》是为物理系本科生物理学专业学生开设的一门必修基础课。

是培养物理专业人才的专业课程之一，在教学培养计划中列为主干课程。

通过本课程的学习，使学生逐步掌握波动光学，几何光学及量子光学的基本原理及研究有关问题的思路和方法，在获取知识的同时，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与发展。

开阔思路，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。

通过本课程的学习，使学生掌握科学的学习方法和形成良好的学习习惯，养成辩证唯物主义的世界观和方法论。

通过本门课程的学习，使学生系统地掌握有关光学的基本概念、基本规律和基本的计算方法，培养学生分析和解决问题的能力，为学习后续课程以及今后的工作打下基础。

通过本课程的学习，应使学生达到如下要求：（１）掌握光学的基础理论、基础知识、基本技能和光学的整体结构。

并初步具备近代光学及其应用的物理基础。

（２）“光学”的内容和思想方法有很多的物理精髓，可以通过多媒体教学、启发式教学、实验研究、科研训练等教学形式启发引导学生学习，有效地提高学生的科学素质和创新能力。

（３）光的波粒二象性以及“光是什么？”是学习光学的主线，能使学生用全面的、发展的观点认识光的本性。

（４）了解熟悉光学与其他相关学科的关系，并适当地接触一些相关的物理前沿，如光纤通信、激光全息、非线性光学、光电子学、量子计算机等，为从经典物理向近代和现代物理过渡奠定相应的基础。

二、教学内容、要点和课时安排本课程的教学内容共分八章：绪论1、内容：（1）光学课程的属性、地位、作用（2）光学课程的内容、特点及学习方法（3）光学发展简史及其展望2、目的要求：（1）明确为什么要学习光学？怎样学好光学？（2）了解光学课程的内容、特点。

（3）对光学学科的构成与展望有一框架了解，从而奠定学好光学的思想基础。

第一章光的干涉1.光波的电磁理论基础 光波的数学描述2.光的干涉现象，光的相干与非相干迭加 位相差与光程差 相干条件3.分波面双光束干涉：杨氏双缝干涉 菲涅尔双镜干涉 劳埃镜干涉 半波损失4.干涉的可见度 时间相干性 空间相干性5.菲涅耳公式及应用6.分振幅薄膜干涉：等倾干涉 等厚干涉7.干涉应用：迈克尔逊干涉仪 牛顿环 增反膜与增透膜教学重点、难点及要求:1、光的干涉表明了光的波动性，理解并掌握相干与非相干迭加、相干的条件。

2、学会运用位相差、光程差及其关系解题。

3、掌握分波面干涉的光强分布规律、干涉条纹的特征及有关计算；注意劳埃镜干涉中的半波损失。

4、了解时间相干性和空间相干性对干涉条纹可见度的影响。

5、理解菲涅耳公式的意义、作用。

6、掌握分振幅薄膜干涉的光强分布规律，等倾干涉、等厚干涉条纹的特征、额外光程差。

7、掌握迈克尔逊干涉仪、牛顿环、增反膜与增透膜等问题的分析计算。

第二章 光的衍射１．光的衍射现象：近场衍射 远场衍射 衍射的实质 惠更斯-菲涅耳原理 ２．菲涅耳衍射：圆孔衍射 园屏衍射 波带片 菲涅耳衍射的分析与计算３．夫琅禾费圆孔衍射与助视光学仪器的分辨本领：圆孔衍射的原理实验装置 爱里斑分析放大镜 显微镜 望远镜等助视光学仪器的分辨本领４．夫琅禾费单缝衍射：单缝衍射的实验原理装置 衍射的规律特点 单缝衍射方程式 衍射光强的分析和计算５、平面光栅衍射：平面光栅衍射的实验原理装置 衍射的规律特点 单缝衍射因子与多缝干涉 因子 衍射缺级 衍射方程式与衍射光强的分析和计算 衍射与干涉的关系教学重点、难点及要求:1、明确光的衍射的实质是次级波间的干涉。

2、明确惠更斯-菲涅耳原理公式的物理意义及应用。

3、能用半波带法、振幅矢量图解法讨论分析、计算有关衍射的问题。

4、掌握单缝衍射光强分布规律，明确公式 λ=θk bsin ，b /λθ=∆的物理意义。

5、熟悉爱里斑角半径公式、线半径的意义、计算方法。

在理解助视光学仪器分辨本领瑞利判据：的同时，能够计算出所学仪器的分辨极限。

6、理解衍射与干涉的关系，能用干涉和衍射结合的方法解答问题。

7、掌握平面光栅衍射的基本原理和应用，理解光栅分光原理、光栅方程、缺级条件公式的意义、并能熟练应用。

第三章 几何光学基本原理：１、光线 费马原理２、物和像的概念；３、光在单球面上的反射和折射的近轴成像４、薄透镜和薄透镜组成像；５、共轴球面系统成像 复合光具组成像教学重点、难点及要求：1、掌握五个实验定律、着重理解光程概念和费马原理。

引导学生理解费马原理涵盖五个实验定律。

2、理解物与像、实与虚、近轴条件、理想共轴光具组、基点、基面等概念、意义、辨证关系。

3、掌握笛卡儿符号法则、并能熟练运用。

4、掌握薄透镜成像、理想共轴光具组成像的条件、性质、规律、特点。

5、熟练运用解析法、作图法求像。

第四章 几何光学仪器原理1. 人眼的结构及其视觉原理；非正常眼的形成原因及其矫正；2．常用光学仪器（放大镜、显微镜和望远镜）的放大本领和分辨本领。

教学重点、难点及要求：1、明确视角的物理意义。

明确助视光学仪器的放大本领的物理意义。

2、掌握放大镜、目镜、显微镜、望远镜的原理结构，成像的性质特点及放大本领的计算。

3、了解投影光学仪器的原理结构，照相机、投影仪、幻灯机成像的性质分析。

第五章 光的偏振１．光的偏振性与横波性 偏振片 起偏 检偏 马吕斯定律 反射与折射起偏 布儒斯特定律２．晶体的双折射 光轴与主平面 主截面 惠更斯对双折射的解释 惠更斯作图法 ３．椭圆和圆偏振光：光偏振器件 o 光e 光的合成 偏振光的干涉 o 光e 光的迭加４．光的偏振态的检定：光的种偏振态 偏振片与4 波片的作用 ５．偏振光的应用：旋光现象 电光效应 磁光效应和磁致旋光教学重点、难点及要求:1、偏振证实了光的横波性。

明确什么叫光的偏振，常见有几种偏振态。

2、熟悉平面偏振光、部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的物理图像及其获得的方法、条件。

3、能够熟练运用马吕斯定律、布儒斯特定律解答问题。

教学中根据菲涅耳公式导出布儒斯特定律，并由实验验证。

4、理解惠更斯原理对晶体双折射现象的解释。

5、明确单轴晶体的光轴、主平面、主截面的物理含义，掌握o光e光的偏振性质。

能用惠更斯作图法确定o光、e光的传播方向。

6、熟悉起偏器、检偏器、偏光棱镜、波晶片的作用。

掌握各种偏振光的鉴定方法。

7、能够分析计算偏振光的干涉。

8、熟悉偏振光的应用。

第六章光与物质的相互作用1、光的吸收2、光的散射：瑞利散射米氏散射散射光的偏振态3、光的色散：正常色散反常色散色散方程教学重点、难点及要求:1、熟悉光与物质相互作用的微观机理。

2、了解吸收、散射、色散的经典理论解释。

第七章光的量子性1、热辐射：热辐射黑体热辐射普朗克量子假设2、光电效应：光电效应光子爱因斯坦光子理论及其光电方程3、康普顿效应：康普顿效应康普顿波长4、光的波粒二像性教学重点、难点及要求：1、通过黑体辐射光电效应康普顿效应的学习，全面认识光的量子性。

2、形成对光的本性“波粒二像性”的统一认识。

3、正确运用爱因斯坦光电方程计算光子能量 质量m动量p得出普朗克常数h。

4、正确认识康普顿效应与光电效应的联系和区别。

第八章现代光学基础激光（选讲）激光的特性激光器及应用非线性光学简介教学重点、难点及要求：1、必须明确激光在近代光学中的地位和作用。

熟悉激光特性、激光器的种类及应用。

2、了解非线性光学，形成对光学学科的全面认识，为今后学习打下基础。

三、教学方法根据课程特点，在教学过程中是通过教师课堂讲授为主、学生实验等教学环节进行教学的。

在课堂讲授中采用多媒体课件辅助教学，生动直观，易于接受；尽可能注意发挥演示实验的作用；学生独立完成16学时的实验；结合内容布置并独立完成一定数量的作业，巩固理解概念，强化公式应用，提高分析问题的能力。

四、成绩考核方式根据本课程教学内容的特点，考核的形式：课堂讲授内容采用闭卷考试的方式进行，占总成绩的80％，平时作业和实验，成绩占20％。

五、制定本大纲的有关说明1、本教学大纲是物理专业《光学》课程的基本内容。

在教学过程中是通过课堂讲授、学生实验等教学环节进行教学的。

课堂讲授时为了使学生便于理解讲课内容，采用CAI教学课件和演示实验，以形象直观的展现光学现象，使学生深入理解基本原理及概念；学生独立完成16学时的实验；结合内容布置并独立完成一定数量的作业。

2、本课程须在专业基础课：高等数学、力学、热学、电磁学等课程的基础上开设。

主要后续课：工程光学、激光技术及应用等专业课；相关课程：物理实验，电动力学，量子力学，原子物理等课程。

3、本教学大纲仅供本校教学使用。

大纲执笔者：张静华大纲审定者：刘汉法分管教学负责人签字：袁玉珍编写时间：2006 年2月20 日。