《物理光学与应用光学》教学大纲

《物理光学与应用光学》教学大纲

一、说明

１、本课程设置目的和任务

《物理光学与应用光学》是光电子技术专业、电子科学与技术及光学工程专业等本科生的专业基础课。本课程以光的电磁理论为理论基础，以物理光学和应用光学为主体内容，着重讲授光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性，光的吸收、色散、散射等现象，以及几何光学基础知识和光在光学仪器中的传播、成像特性。在内容上，既要保持光学学科的理论完整性，又要突出它在光电子技术中的特色。考虑到激光技术的发展，光在实际应用中的要求，应加强有关光的相干性的内容，特别注意光学原理在光电技术中的应用，并尽量反映最新科技成果。

2、基本要求

（1）物理光学与应用光学是普通物理中的一门课程，应保持普通物理的特点，要重视现象的观察、实验及对实验结果的分析，帮助学生透过现象看到事物的本质，要通过对各种光学现象发生的特殊条件、实验定律的分析和归纳，认识到光是电磁波——本质上遵守电磁场的麦克斯韦方程组。

（2）物理光学与应用光学是基础课，应致力于对物理光学与应用光学运动的基本现象，基本概念和基本规律阐述的正确、严格。对某些难点作较详细的分析和深入的讨论。使学生具有一定的分析和解决问题的能力，并为学习后继课程打下必要的基础。

（3）要使学生了解物理光学与应用光学发展史上某些重大的发现及发现过程中的物理思想和实验方法，提高科学素养，培养学生的辩证唯物主义世界观。

3、学时建议

本课程总学时数：72学时。

二、课程内容与学时分配

第一篇物理光学（48学时）

第一章光的本质（8学时）

1、波是振动的传播。

2、波函数与波动方程。

3、光是电磁波。

4、光电效应与光量子。

5、热辐射与光束的统计性质。

基本要求：

（1）让学生理解波是能量的传递，是振动状态的传递。

（2）重点讨论平面波，球面波和近轴求面波的波动方程及其运动状态与状态参量。

（3）强调相位概念在波动中的重要地位及意义。

第二章光波的干涉（8学时）

1、干涉的本质是振动的叠加。

2、分振幅干涉。

3、杨氏干涉仪。

4、两个球面波的干涉。

5、光束时间相干性。

6、光束空间相干性。

7、相干光束的干涉。

8、非相干光束的干涉。

9、多光束干涉。

10、法-白干涉仪的用途。

基本要求：

（1）学会振动方程的复数表示法及旋转矢量表示法。

（2）重点介绍一种理想化的处理方法——迈克尔逊干涉仪。

（3）要求掌握寻求干涉条纹的方程式的方法。

（4）讨论干涉条纹的定域性问题的解释。

（5）重点介绍法—白干涉仪作为色散元件，单色滤波片和作标准具等用途。第三章光的衍射（8学时）

1、夫琅和费衍射和菲涅尔衍射。

2、矩形狭逢的夫琅和费衍射。

3、双矩形狭逢的夫琅和费衍。

4、矩形光柵的夫琅和费衍射。

5、矩形光柵的运用。

6、闪耀光栅。

7、矩形孔的夫琅和费衍射。

8、圆形孔的夫琅和费衍射。

9、标量衍射的菲涅尔-基尔荷夫积分。

10、方孔的菲涅尔衍衍射。

11、圆孔的菲涅尔衍衍射与波带片。

基本要求：

（1）认识衍射的本质是波阵面被调制。

（2）直接从基尔霍夫积分出发分别得出夫琅和费衍射和菲涅尔衍射公式。第四章光的偏振（8学时）

1、线偏振光与圆偏振光。

2、琼斯矩阵。

3、光反射和折射时振幅，偏振和相位的变化。

4、菲涅尔棱镜。

5、光学薄膜。

6、高反射膜。

7、增透膜。

8、干涉滤波片。

基本要求：

（1）重点掌握偏振光的琼斯矩阵表示法。

（2）了解软、硬增透膜的各自特性及用途。

第五章晶体光学（8学时）

1、晶体的各向异性。

2、光在晶体中传播的特点。

3、折射率椭球。

4、单轴晶体与双轴晶体。

5、光在晶体界面上的反射。

6、光在晶体界面上的折射。

7、格兰棱镜和渥拉斯顿棱镜。

8、光在晶体中传播时的相位落后。

9、旋光效应与旋光物质。

10、晶体中的电磁波动方程。

基本要求：

（1）掌握晶体的光学的各向异性的基本特征是由于晶体的折射率与方向有关。

（2）认识晶体的三种光学现象及产生的物理机制

（3）掌握折射率椭球求任意方向折射率的方法。

第六章分子光学（8学时）

1、概论。

2、非相干辐射的经典理论。

3、原子和分子光谱。

4、荧光与非平衡辐射。

5、平衡辐射与黑体辐射。

6、连续谱线的发光机制。

7、吸收和受激辐射的经典理论。

8、物质对光的色散。

9、物质对光的宏观散射现象。

10、非线性光学简介。

基本要求：

（1）要认识到从微光的角度看来光与物质的相互作用源于光（电场）对原子分子的极化。但由于物质结构的不一样，导致吸收，散射，衍射和折反射等不同的宏观现象。

第二篇应用光学纲要（24学时）

第七章几何光学基础（8学时）

1、几何光学是成像仪器的基础。

2、光线追迹的计算。

3、非理想光学系统的基本公式。

4、理想光学系统基本公式。

基本要求：

介绍几何光学的基本定律。

第八章理想光学系统（8学时）

1、理想光学系统的基点和基面。

2、两个理想光学系统的组合。

3、厚透镜。

4、常见的厚透镜。

5、孔径光栏与入曈和出曈。

6、视场光栏与入射窗和出射窗。

7、相差的基本概念。

基本要求：

介绍理想光学系统的基本特性及概念。

第九章光学仪器（4学时）