光学课程教学大纲

《光学》课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分

课程名称：光学

所属专业：材料物理

课程性质：专业基础课

学分：3.0

（二）课程简介、目标与任务

光学是自然科学中发展最早的学科之一，它与人类生活密不可分，与自然科学的发展密切相关。光学是材料物理学本科专业的一门重要的专业必修基础课程，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，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。

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，掌握光学的基础理论，基础知识和基本技能，了解现代光学及光学与其他学科、技术相结合的发展状况，为学习后续课程以及今后的工作打下基础。

本课程的任务是使学生掌握光的干涉、衍射、偏振等基本现象、原理和规律，了解光学在科研、生产和实践上的应用；培养学生学习的兴趣；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）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接

学习光学，需要对电磁波理论和粒子理论有一定的了解，所以光学应滞后于高等数学、力学、电磁学等课程开设。光学又是原子物理学、电动力学和量子物理学等课程的基础，应先于这些课程开设。

（四）教材与主要参考书。

教材：《现代光学基础》，钟锡华编著，北京大学出版社，2003年8月

主要参考书：

1.《高等物理光学》,羊国光,宋菲君编著,中国科学技术大学出版社,2008年9月

2.《光学原理》,马科斯·玻恩著,电子工业出版社,2005年8月

3.新概念物理教程《光学》,赵凯华编著, 高等教育出版社,2004年11月

二、课程内容与安排

按照光学的教学目的和要求，本大纲按54学时作安排，其内容及课时分配如下。“*”号的内容作为了解，可以讲授，但是这些内容在考试时都不作统一要求。除了“*”内容外，都为必须掌握的内容。

绪论（参考学时数：2）

了解光学的研究内容和研究方法；知道光学的发展历程、光学与其他自然科学的关系；怎样学好光学。

第一章费马原理与变折射率光学（参考学时数：4）

第一节惠更斯原理

第二节折射率

第三节光程

第四节费马原理

第五节费马原理与成像

*第六节自然变折射率

*第七节人工变折射率强光变折射率

*第八节光线方程

*第九节评述费马原理

【重点掌握】：惠更斯原理、折射率、光程、费马原理等基本原理、基本概念。

【了解】：变折射率光学、光线方程。

【难点】：费马原理

第二章波动光学引论（参考学时数：16）

第一节光是一种电磁波

第二节定态光波复振幅描述

第三节波前函数

第四节球面波向平面波的转化

第五节光波干涉的引论

第六节两个点源的干涉场杨氏实验

第七节两束平行光的干涉场

第八节光波衍射引论

第九节圆孔和圆屏菲涅耳衍射

第十节波带片

第十一节单缝夫琅禾费衍射

*第十二节矩孔和三角孔夫琅禾费衍射

第十三节圆孔夫琅禾费衍射成像仪器分辨本领

第十四节偏振光引论

*第十五节部分偏振光的部分相干性

【重点掌握】：定态光波复振幅描述、波前函数、杨氏实验、圆孔和圆屏菲涅耳衍射、单缝夫琅禾费衍射、圆孔夫琅禾费衍射成像仪器分辨本领、偏振光引论。

【了解】：矩孔和三角孔夫琅禾费衍射、部分偏振光的部分相干性。

【难点】：定态光波的复振幅描述、惠更斯菲涅尔原理。

第三章介质界面光学与近场光学显微镜（参考学时数：6）

第一节菲涅耳公式

第二节反射率和透射率

第三节反射光的相位变化

第四节反射光的偏振态

*第五节全反射时的透射场——隐失波

*第六节近场扫描光学显微镜

【重点掌握】：菲涅耳公式、反射率和透射率、反射光的相位变化、反射光的偏振态。

【了解】：隐失波、近场扫描光学显微镜

【难点】：反射光的相位变化

第四章干涉装置与光场时空相干性激光（参考学时数：14）

第一节分波前干涉装置

第二节光源宽度对干涉场衬比度的影响

第三节光场的空间相干性

第四节薄膜干涉

第五节迈克耳孙干涉仪

第六节非单色性对干涉场衬比度的影响

*第七节傅里叶变换光谱仪

第八节光场的时间相干性

*第九节多光束干涉法布里-珀罗干涉仪

*第十节激光

*第十一节强度相关实验中子束干涉实验

【重点掌握】：光场的空间相干性、迈克耳孙干涉仪、光场的时间相干性。

【了解】：傅里叶变换光谱仪、多光束干涉、激光。

【难点】：光场的时空相干性。

第五章多元多维结构衍射与分形光学（参考学时数：4学时）

第一节位移-相移定理

第二节有序结构一维光栅的衍射

第三节光栅光谱仪闪耀光栅

第四节二维周期结构的衍射

第五节三维周期结构 X射线晶体衍射

主要内容：

【重点掌握】：一维光栅的衍射、光栅光谱仪。

【了解】：X射线晶体衍射。

【难点】：位移-相移定理。

第六章光在晶体中的传播（参考学时数：8）

第一节晶体双折射

第二节单轴晶体光学公式双轴晶体

第三节晶体光学器件

第四节圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验

第五节偏振光干涉

第六节旋光性

第七节电光效应

【重点掌握】：晶体双折射、晶体光学器件、圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验、偏振光干涉。

【了解】：双轴晶体。

【难点】：圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验。

教学方法：本课程以课堂讲授为主，课堂采用多媒体教学(ppt、flash、视频等)、启发式教学，加强演示实验。课下师生讨论（答疑、辅导、演示实验等）。安排部分内容让学生自学，对自学内容，应布置讨论及思考题，以提高学生独立思考问题及解决问题的能力。在讲授传统的波动光学时，渗入现代光学内容，沟通它们之间的联系。既要注意与中学的联系、与前面电磁学的联系，又要注意本课内各章的联系，还要注意与后继课程的联系。注意加强基础，扩大知识面，增加信息量，既重理论也重应用，努力使新观点、新技术、新方法和光学基本的传统内容有机结合。

课程考核方式：平时作业、课堂提问、平时测试（30%），期中闭卷考试（20%），期末闭卷考试（50%）相结合的方式评价学生的学习。

制定人：杨文革

审定人：

批准人：

日期：2016-06-21