高等光学
《高等光学》课程教学大纲
《高等光学》课程教学大纲《高等光学》课程教学大纲一、中文课程简介（含课程名、课程编号、学分、总学时、课程内容概要等内容））课程名称：高等光学课程代码：学分：3 总学时：48 课程内容概要：本课程主要为需要深入学习经典和近现代光学知识的研究生开设，属于专业基础课。
本课程以光的电磁理论为主轴，系统地介绍了光学的基本概念和知识，内容涉及广泛，理论分析深刻，大体涵盖了现代光学各个分支的基本内容。
二、英文课程简介（含课程名、课程编号、学分、总学时、课程内容概要等内容））Course Name: Advanced Optics Course Code:Credits: 3 Total class hours: 48 Course content summary: This course is mainly for graduate students who need to deeply study classic and modern optical knowledge, which belongs to professional basic course. Based on the electromagnetic theory of light, this course systematically introduces the basic concepts and knowledge of optics, covering a wide range of contents and profound theoretical analysis, covering the basic contents of various branches of modern optics. 三、教学目标《高等光学》课程属于基础光学的后续课程，含有更多的物理概念及更深入的数学推导，理解物理概念和掌握数学推导，对于培养学生的而逻辑思维能力和分析、解决问题的能力大有益处，通过本课程学习，有助于培养学生对高等光学知识的理解和提高前沿光学文献知识的阅读和理解能力，激发学生的科研兴趣。
高等光学教学大纲
高等光学教学大纲高等光学教学大纲光学作为物理学的一个分支，研究光的传播、干涉、衍射、偏振、吸收等现象及其与物质的相互作用。
在现代科学技术的发展中，光学扮演着重要的角色。
高等光学教学大纲旨在为学生提供系统的光学知识，培养学生的光学思维和实验技能，为他们在科学研究、工程技术和教学等领域做好充分准备。
一、光的本质和传播在这一部分，学生将学习到光的本质和传播的基本原理。
首先，介绍光的波动性和粒子性，并通过实验观察光的衍射和干涉现象来验证这些理论。
其次，学生将学习到光的传播速度、光的折射和反射等基本规律，并掌握用光的传播规律解决实际问题的方法。
二、光的干涉和衍射在这一部分，学生将深入学习光的干涉和衍射现象。
首先，介绍光的干涉现象及其应用，如杨氏双缝干涉、牛顿环干涉等。
通过实验，学生将亲自观察和分析干涉条纹的形成和变化规律。
其次，学生将学习到光的衍射现象及其应用，如单缝衍射、多缝衍射等。
通过实验，学生将探究衍射的规律和特点，并掌握利用衍射解决实际问题的方法。
三、光的偏振和吸收在这一部分，学生将学习光的偏振和吸收现象。
首先，介绍光的偏振现象及其应用，如偏振片的原理和使用等。
通过实验，学生将探究偏振光的性质和偏振片的工作原理。
其次，学生将学习光的吸收现象及其应用，如吸收光谱和吸收系数等。
通过实验，学生将分析物质对光的吸收规律，并掌握利用吸收光谱解决实际问题的方法。
四、光的相干和激光在这一部分，学生将学习光的相干和激光现象。
首先，介绍光的相干性及其应用，如干涉仪的原理和使用等。
通过实验，学生将观察和分析相干光的干涉现象，并掌握利用相干光解决实际问题的方法。
其次，学生将学习激光的基本原理和特点，并了解激光在科学研究、医学、通信等领域的应用。
五、光的散射和色散在这一部分，学生将学习光的散射和色散现象。
首先，介绍光的散射现象及其应用，如雷利散射和拉曼散射等。
通过实验，学生将观察和分析散射光的特点和规律，并掌握利用散射光解决实际问题的方法。
关于高等光学心得体会推荐
关于高等光学心得体会推荐对《高等光学》——光的经典相干性的肤浅理解及学习感受我对高等光学这门课程的理解比较片面，下面沿用吴老师课堂上讲述的内容来谈谈对这门课程的理解，以及对学习这门课程的一些感悟。
“高等光学”这门课程正如吴老师所说，它是一个大篮子，具有很强的学科性，其理论基础与创造性思维紧密相关；作为一门专业基础课，具有理论深度和科学哲理。
因其理论性比较强，与实际结合起来可以更好地理解这门课程。
吴老师主要讲述的是光的相干性，那我首先谈一点我对光的相干性的理解。
关于光的相干性问题是物理光学中一个十分重要的基本问题, 它是正确掌握光的干涉和衍射现象的切匙。
谈光的相干性问题，不得不谈一下光的干涉现象。
所谓光的干涉现象,是指两列或几列光波在空间相遇时相互叠加, 在某些区域始终加强,在另一些区域则始终削弱, 形成稳定的强弱分布, 显示出一定的图案，干涉条纹等的现象,也即对于空间某处来说, 干涉叠加后的总光强不一定等于分光束光强的叠加, 而可能大于、等于或小于分光束的光强。
能满足振动方向相同、频率相同以及初相位‘或相位差’恒定这三个条件的波，就能产生干涉现象, 称为相干波。
水波或声波这类机械波，比较容易满足上述三个条件，因而也就容易实现波的干涉。
对光的研究，往往是在光场下研究的。
光在光场中具有时间相干性和空间相干性，时间相干性主要表征在同一空间点不同时刻光场的相干程度；而空间相干性主要表征在同一时刻不同空间点光场的相干程度。
这些是我对光的相干性的肤浅的理解，有许多不足，希望得到老师的批评指正。
其次，简单的谈谈对高等光学这么课程的学习如果没有吴老师讲的“概率论基础”、“随机过程”等数学基础知识，直接就将高等光学的内容，恐怕我根本就听不懂后面讲的是什么内容。
吴老师把理论和实际相结合，不但使我们学习了理论知识，还引领我们，朝着科研这条路走。
补充的“光波场的角谱表述”、“大气湍流与光束传播”，让我从一头雾水中醒悟过来，猛然觉得高等光学变得简单了些。
高等光学
中科院长春光机所博士研究生入学考试《高等光学》考试大纲一．考试大纲的性质本《高等光学》考试大纲适用于中国科学院长春光机所博士研究生入学考试。
考试大纲为考生提供复习指导、划定考试范围、指定参考书目，其内容为对考生的基本要求。
二．考试内容高等光学的考试范围包括光学专业硕士阶段光学课程的基本内容，主要有以下几个方面：1、光的基本电磁理论电磁场的基本方程组，标量波，矢量波，光的各种偏振态及其矩阵表示，光波在介质分界面上的反射和折射，光学薄膜。
2、光波的叠加与相干性，干涉仪光的相干条件，时间相干性与空间相干性，干涉条纹的定域，部分相干光理论，各种干涉仪器。
3、标量衍射理论惠更斯－菲涅耳原理，基尔霍夫衍射理论，标量衍射理论公式的近似（菲涅耳衍射、弗朗禾费衍射），光栅衍射（黑白光栅、正弦光栅、闪耀光栅）。
4、傅里叶变换光学光波场的空间频谱分析，相干光学系统中透镜的相位变换和成像，阿贝成像理论，光学传递函数，全息照相。
5、晶体光学基础及晶体光学效应各向异性介质中的极化和介电张量，折射率椭球，单色平面波在晶体中的法线面和光线面，晶体光学的几何作图法，单轴晶体中的o光和e光，偏振棱镜和波晶片，晶体的电光效应（泡克尔斯效应、克尔效应）和磁光效应（法拉第效应），电光效应和磁光效应的应用。
三．考试要求要求考生具有光学专业硕士的基础知识，熟悉高等光学的基本理论和研究方法，并对高等光学在实际中的应用有一定的了解。
具体要求参见“考试内容”部分。
四．参考书目季家镕，高等光学教程－光学的基本电磁理论，2007年第一版，科学出版社编制单位：中国科学院长春光机所编制日期：2010年8月5日。
高等光学1章
高等光学ADV ANCED OPTICS高等光学是综合性大学、工科院校和高等师范院校近代光学、信息光学、激光、光电子等专业研究生和大学高年级的必修课，它是从事光学和光电子领域科学研究和产品开发人员必须的理论基础。
其主要内容一般包括傅立叶光学、部分相干光理论、光学全息及光信息处理、晶体光学、金属光学、导波光学、统计光学，以及电光、磁光和声光效应等。
限于本课程的课时限制，我们准备主要讲授傅立叶光学、部分相干光理论的内容，如果时间允许也可能讲授晶体光学的主要内容。
至于其它内容，有关的专业课将会专门讲授。
本课程的主要内容讲授拟分八章。
第一章：数学预备知识；第二章：二维傅立叶分析；第三章：衍射理论基础；第四章：菲涅耳衍射、夫琅和费衍射；第五章：透镜的傅立叶变换特性与成象性质；第六章：成象光学系统的传递函数；第七章：部分相干光理论；第八章：晶体光学。
主要参考书①黄婉云，傅立叶光学教程，北师大出版社，1984②羊国光，宋菲君，高等物理光学，中国科大出版社，1991③J. W. Goodman, 詹达三译，傅立叶光学导论，科学出版社，1976④朱自强等，现代光学教程，四川大学出版社，1990⑤卞松玲等，傅立叶光学，兵器工业出版社，⑥蒋秀明等，高等光学，上海交大出版社⑦M. 波恩，E. 沃耳夫，光学原理，科学出版社，1978⑧吕乃光等，傅立叶光学基本概念和习题⑨谢建平等，近代光学基础，中国科技大学出版社，1990⑩赵建林，高等光学，国防工业出版社，2002第一章：数学预备知识为了方便后面的学习，我们复习一下有关的数学知识。
§1-1 几个常用函数一、 矩形函数（rectangle function ）1、一维矩形函数表达式为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>-≤-=-21||021||1)(rect 000a x x a x x a x x其函数图形为：当x 0=0，a =1时，矩形函数为：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧>≤=21||021||1)(rect x x x [此时rect(x )=rect(-x )]其图形为2、二维矩形函数表达式为：000000111||,||22rect()rect()110||,||22x x y y x x y y a b x x y y a b a b --⎧≤≤⎪--⎪⋅=⎨--⎪>>⎪⎩其函数图形为：二维矩形函数可以用来描述屏上矩形孔的透过系数。
高等光学教程-第5章-参考答案
第五章 部分相干光理论5.1 证明解析信号的实部u 和虚部u 之间互为希尔伯特变换，即它们之间有下面的关系()t u t r ()()t i ()()⎰∞∞--=ξξξπd )(P.V.1)()()(t u t u r i ， ⎰∞∞---=ξξξπd )(.P.V 1)()()(tu t u i r证明：（1）由(5-10)式，解析函数的实部()()0()2Re ()exp(2)d r r u t j t νπνν∞⎡=-⎢⎣⎦⎰U ⎤⎥t （5.1-11）而，比较以上两式，可见有关系式)](Re[)()(t t u r u = （5.1-13）⎰∞-=0)(d )2exp()(2)(νπννt j t r U u 上式可表示为 （5.1-18）⎰∞∞--+=νπνννd )2exp()()sgn 1()()(t j t r U u 又因为 ()()exp(2)d t j νπνν∞-∞=-⎰u U所以有 ()()(1sgn )()r νν=+U νU )r （5.1-19）对上式两边取傅里叶逆变换11()1()()11((){()}{()}{(sgn )()}(){sgn )}{()}r r r t u t ννννν-----==+=+*u U U U U F F F F F ν上式中 1{sgn }jtνπ-=-F 再利用卷积定义⎰⎰∞∞---=*=*ηξηξηξd d ),(),(y x f g f g g f 令 t j f π-= ， )()(t j t f -=-ξπξ ， ， )()(t u g r =)()()(ξξr u g =所以 ⎰∞∞--+=ξξξπd )(..)()()()(t u V P jt ut r r u （5.1-22）可见 ⎰∞∞--=ξξξπd )(..1)()()(t u V P t ur i（2）参考教材中（5.1-10）式的推导过程，对于解析函数的虚部有下式成立（P5.1-1）⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=⎰∞)()(d )2exp()(Re 2)(νπννt j t ui i U)](Re[)()(t j t u i u -= （P5.1-2）比较（P5.1-1）和（P5.1-2）式，得到⎰∞-=-0)(d )2exp()(2)(νπννt j t j i U u所以⎰∞-=0)(d )2exp()(2)(νπννt j j t i U u )()sgn 1()()(νννi j U U +=对上式两边取傅里叶逆变换得)}(){sgn )}({)}({)()(1)(11ννννi i j j t U U U u ---+==F F F)()}({}{sgn )()(11t ju j i i +*=--ννU F F )(d )(..1)()(t ju tu V P i i +--=⎰∞∞-ξξξπ所以 ⎰∞∞---=ξξξπd )(..1)()()(t u V P t ui r5.2 考察用宽带光作杨氏干涉实验(1) 证明观察屏上的入射光场可表示为⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=c r t P t c r t P t t Q 222111,d d ,d d ),(u K u K u 其中 iii i i i i i cr A s cr πθπθ2)(d 2)(k k K ≅=⎰⎰个针孔第 2,1=i 而为第个针孔的面积。
高等光学课件 第二讲
由拉格朗日表述的基本方程式可以导出光线轨迹（ 由拉格朗日表述的基本方程式可以导出光线轨迹（对应 力学中位置）及方向（对应力学中的动量）关系式。 力学中位置）及方向（对应力学中的动量）关系式。 如果将方程式(1.3-4)中的 Ｌ代入方程式 中的 代入方程式(1.3-5)，则得到 如果将方程式 ，
& d nx [ ] = (1 + x 2 + y 2 )1 2 ∂n & & 2 2 12 & & dz (1 + x + y ) ∂x
(1.3-7)
简化为： 简化为：
d dx ∂n (n ) = ds ds ∂x
同样， 的分量为： 同样，可以得到 y 和 z 的分量为：
∂n d dy (n ) = ds ds ∂y
d dr ( n ) = ∇n ds ds
d dz ∂n (n ) = ds ds ∂z
(1.3-8)
方程式(1.3-7)和(1.3-8)可以合成为如下的矢量方程式 ： 和 方程式 可以合成为如下的矢量方程式 (1.3-9) 这就是通常所说的光线方程式 这就是通常所说的光线方程式，式中的 r表示光线上任意点 光线方程 表示光线上任意点 位置矢量 矢量， 微商是该点的方向 的位置矢量，对ds微商是该点的方向。 微商是该点的方向。 在大多数情况下，解方程式 是困难的。 在大多数情况下，解方程式(1.3-9)是困难的。然而，如果 是困难的 然而， 轴形成较小夹角的范围内， 将光线限制在与 z轴形成较小夹角的范围内，则有 ≅dz ， 轴形成较小夹角的范围内 则有ds≅ 大多数应用情况是满足的， （大多数应用情况是满足的，即 dx, dy→ 0 ）， 光线方程式将简化， 光线方程式将简化，变成
2237 《高等光学(信息光学)》
2010年博士《高等光学(信息光学)》考试复习大纲
第一部分考试说明
一、考试性质
高等光学是我校光学专业博士生入学考试可以选择的专业基础课之一，目前的主要内容是傅立叶光学。
它的评价标准是高等学校优秀硕士毕业生所能达到的水平，以保证被录取者有良好的光学理论基础。
二、考试形式与试卷结构
1．答卷方式：闭卷、笔试
2．答题时间：180分钟
3．题型：证明和计算
4. 参考书目：
吕乃光，傅立叶光学，机械工业出版社
第二部分考查要点
一、线性系统
1. 线性不变系统
2. 抽样定理
二、标量衍射理论
1. 基尔霍夫衍射理论
2. 角谱理论
3. 菲涅耳衍射
4. 夫琅和费衍射
5. 衍射光栅
三、透镜的傅立叶变换
1. 透镜的位相调制作用
2. 透镜的傅立叶变换性质
3. 频谱分析系统
四、光学成像系统性质
1. 透镜的成像性质
2. 相干成像系统的频率响应
3. 非相干成像系统的频率响应
4. 像差对传递函数的影响
5. 光学链
五、部分相干理论
1.光场相干性的一般概念
2.互相干函数和复相干度
3.相干度的测量
4.傅立叶变换光谱仪
5.准单色光的干涉
6.准单色光的传播和衍射
7.范西特－泽尼克定理
8.部分相干场中透镜的傅立叶变换性质
9.部分相干光成像
六、光学全息
1. 基元全息图分析
2. 傅立叶变换全息图
3. 全息图的衍射效率
4. 全息图的应用
七、空间滤波和光学信息处理
1. 相干滤波原理
2. 振幅和位相滤波
3. 滤波的应用。