光學(xué)課程教學(xué)大綱

1、光學(xué)課程教學(xué)大綱一、課程說明本課程總授課時(shí)數(shù)為64學(xué),周學(xué)時(shí)4,學(xué)分4分，開課學(xué)期第三學(xué)期。1. 課程性質(zhì)：專業(yè)必修課光學(xué)是物理學(xué)專業(yè)本科生必修的基礎(chǔ)課程。光學(xué)是物理學(xué)中最古老的一門基 礎(chǔ)學(xué)科，又是當(dāng)前科學(xué)領(lǐng)域中最活躍的前沿陣地之一，具有強(qiáng)大的生命力和不可 估量的發(fā)展前途。學(xué)好光學(xué)，既能為物理學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)原子物理學(xué)、量 子力學(xué)、相對(duì)論、電動(dòng)力學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)、光電子技術(shù)、激光原理及應(yīng)用、光電子 學(xué)、光子學(xué)等課程準(zhǔn)備必要的前提條件，又有助于進(jìn)一步探討微觀和宏觀世界的 聯(lián)系與規(guī)律。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握基本原理和基本知識(shí)，培養(yǎng) 分析問題、解決問題的能力，通過講授(包括物理學(xué)的歷史和

2、前沿的講授)幫助 學(xué)生建立辯證唯物主義的觀點(diǎn)，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。從蘭州大學(xué)物理學(xué)院課程 的整體設(shè)置出發(fā)，考慮到物理基地班與普通班的各自辦學(xué)特點(diǎn)和人才培養(yǎng)的要求， 對(duì)光學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，適當(dāng)壓縮幾何光學(xué)部分，刪除原課程中 與其他學(xué)科相重復(fù)的部分以及相對(duì)陳舊的內(nèi)容，吸收利用最新科學(xué)研究成果，著 重加強(qiáng)現(xiàn)代光學(xué)部分的講授內(nèi)容，并注意介紹光學(xué)研究前沿新動(dòng)態(tài)，按照物理學(xué) 近代發(fā)展的要求和便于學(xué)習(xí)的原則組織課程體系。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生系 統(tǒng)地掌握基本原理和基本知識(shí)，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，通過講授(包 括物理學(xué)的歷史和前沿的講授)幫助學(xué)生建立辯證唯物主義的觀點(diǎn)，提高學(xué)生的 科學(xué)

3、素質(zhì)。2. 課程教學(xué)目的與要求(1) 了解光學(xué)發(fā)展的基本階段，培養(yǎng)科學(xué)研究的素質(zhì)，加深辯證唯物主義的理解(2) 了解光學(xué)所研究的內(nèi)容和光學(xué)前沿研究領(lǐng)域的概況，培養(yǎng)有現(xiàn)代意識(shí)、有遠(yuǎn) 見的新一代大學(xué)生。(3) 掌握光學(xué)的基本原理、基本概念和基本規(guī)律。培養(yǎng)掌握科學(xué)知識(shí)的方法。(4) 掌握處理光學(xué)現(xiàn)象及問題的手段和方法。培養(yǎng)科學(xué)研究的方法。(5) 光學(xué)是當(dāng)前科學(xué)領(lǐng)域中較活躍的前沿學(xué)科之一，它與科學(xué)和技術(shù)結(jié)合日益加 強(qiáng)，在教學(xué)中要展現(xiàn)現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的成就。(6) 在教學(xué)中要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握物理學(xué)的研究方法和培養(yǎng)濃厚的學(xué)習(xí)興趣。(7) 采取現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并發(fā)

4、揮其主觀能動(dòng)性，從而提高教學(xué)效果。(8) 部分注明“ * ”的章節(jié)僅對(duì)基地班講授或其他學(xué)生課外自主選擇自學(xué)3、教學(xué)大綱內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配尸片 早節(jié)標(biāo)題課時(shí)數(shù)理論習(xí)題課總課時(shí)緒論光學(xué)的研究?jī)?nèi)容及光學(xué)發(fā)展史102第一章費(fèi)馬原理與變折射率光學(xué)617第二早波動(dòng)光學(xué)引論121r 13 1第三章介質(zhì)界面光學(xué)與近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡617第四章干涉裝置與光場(chǎng)時(shí)空相干性激光12113第五早多元多維結(jié)構(gòu)衍射617第六章傅里葉變換光學(xué)與相因子分析方 法617第七章光全息術(shù)101第八章光在晶體中的傳播10111第九章吸收色散散射202機(jī)動(dòng)202合計(jì)64872注：教學(xué)時(shí)數(shù)為64課時(shí)的，有些章節(jié)適當(dāng)調(diào)整4、使用教材與參考書書名作者

5、出版社出版日期教材現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ) 第二版鐘錫華北京大學(xué)出版社2012參考書光學(xué)原理 第七版玻恩電子工業(yè)出版社2011新概念物理教 程光學(xué)趙凱華高等教育出版社2004光學(xué) 第二版崔宏濱，李永平， 康學(xué)亮科學(xué)出版社2015光學(xué)郭永康高等教育出版社2005光學(xué) 第三版蔡履中科學(xué)出版社2007光學(xué)教程姚啟鈞高等教育出版社2014波動(dòng)光學(xué)馮國英,周壽桓科學(xué)出版社2015工程光學(xué)郁道銀，談恒英機(jī)械工業(yè)出版社2006傅里葉光學(xué)導(dǎo) 論第三版J.W.Goodman 著 秦克誠等譯電子工業(yè)出版社20115. 課堂教學(xué)方法與手段(1) 采用講授、討論和研究相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)。(2) 應(yīng)用光學(xué)CAI課件進(jìn)行教學(xué)。6.

6、 課程考核方法與要求平時(shí)作業(yè)30%課堂練習(xí)及討論10%期末考試(閉卷)60%二、課程內(nèi)容與安排緒論 1學(xué)時(shí)目的與要求1、重點(diǎn)掌握光學(xué)的研究?jī)?nèi)容以及光學(xué)的研究方法；2、了解從五個(gè)時(shí)期來了解光學(xué)的發(fā)展史，并從中進(jìn)一步體會(huì)光學(xué)的研究方法。 0-1光學(xué)的研究?jī)?nèi)容和方法 0-2光學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史萌芽時(shí)期、幾何光學(xué)時(shí)期、波動(dòng)光學(xué)時(shí)期、量子光學(xué)時(shí)期、現(xiàn)代光學(xué)時(shí)期 第一章費(fèi)馬原理與變折射率光學(xué)6學(xué)時(shí)目的與要求1、深刻理解惠更斯原理和費(fèi)馬原理，并掌握從費(fèi)馬原理和惠更斯原理導(dǎo)出反射定律和折射定律；2、掌握單球面和薄透鏡的物像公式和任意光線的作圖成像法；3、重點(diǎn)掌握光程的概念及其物理意義；4、掌握變折射率問題的分析方法及

7、光線方程； 1-1幾何光學(xué)的基本原理幾何光學(xué)的三個(gè)基本實(shí)驗(yàn)定律，全反射、單球面成像、薄透鏡成像等； 1-2惠更斯原理1-3 費(fèi)馬原理1-4 光程1-5 自然變折射率1-6 人工變折射率強(qiáng)光變折射率1-7 光線方程第二章 波動(dòng)光學(xué)引論 12 學(xué)時(shí) 目的與要求 1、重點(diǎn)掌握光波的平面簡(jiǎn)諧波和球面簡(jiǎn)諧波表示；2、著重闡明光的相干條件和及其兩個(gè)補(bǔ)充條件， 重點(diǎn)學(xué)習(xí)楊氏干涉實(shí)驗(yàn)及雙光束 干涉光強(qiáng)的幾種表達(dá)形式；3、深刻理解惠更斯 菲涅耳原理， 并重點(diǎn)掌握菲涅耳積分表達(dá)式， 掌握標(biāo)量衍射 波理論和巴比涅原理；4、掌握菲涅耳圓孔衍射和環(huán)狀波帶片的特點(diǎn)， 重點(diǎn)學(xué)習(xí)半波帶方法， 了解無透鏡 成像術(shù)和波帶片的應(yīng)用

8、；5、掌握單縫夫瑯禾費(fèi)衍射的現(xiàn)象和光強(qiáng)公式 , 并了解矩形孔和三角孔夫瑯和費(fèi)衍 射的特點(diǎn)；6、了解夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射的現(xiàn)象，掌握成像儀器分辨本領(lǐng)和瑞利判據(jù)；7、掌握光的五種偏振狀態(tài)，重點(diǎn)學(xué)習(xí)馬呂斯定律及區(qū)分偏振狀態(tài)的方法；2-1 光的電磁理論 2-2 定態(tài)光波 復(fù)振幅描述2-3 波前函數(shù)2-4 球面波向平面波的轉(zhuǎn)化2-5 光波干涉引論2-6 兩個(gè)點(diǎn)源的干涉場(chǎng) 楊氏實(shí)驗(yàn) 2-7 兩束平行光的干涉場(chǎng)2-8 光波衍射引論2-9 圓孔和圓屏菲涅耳衍射2-10 波帶片2-11 單縫夫瑯禾費(fèi)衍射2-12 矩孔和三角孔夫瑯禾費(fèi)衍射2-13 圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射 成象儀器2-14 偏振光引論第三章 介質(zhì)界面光學(xué)與近

9、場(chǎng)光學(xué)顯微鏡 6 學(xué)時(shí) 目的與要求 1、掌握菲涅耳公式的內(nèi)容，了解介質(zhì)界面反射折射時(shí)光能量的分配規(guī)律；2、學(xué)習(xí)界面正入射和掠入射兩種情況下的相位突變，重點(diǎn)掌握反射光半波損失；3、了解維納實(shí)驗(yàn)、隱失波和近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡；3-1 菲涅耳公式3-2 反射率和透射率3-3 反射光的相位變化 3-4 反射光的偏振態(tài)3-5 全反射時(shí)的透射場(chǎng)隱失波3-6 近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡第四章 干涉裝置與光場(chǎng)時(shí)空相干性 激光 12 學(xué)時(shí) 目的與要求 1、了解幾種分波前干涉裝置；2、著重闡明等傾干涉和等厚干涉的基本概念以及應(yīng)用；3、掌握邁克耳孫干涉儀和了解法布里 珀羅干涉儀的原理及其應(yīng)用， 掌握多光束 干涉的特點(diǎn)；4、了

10、解光場(chǎng)的時(shí)間相干性和空間相干性；5、了解激光產(chǎn)生的基本原理，了解亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)、受激發(fā)射光激勵(lì)、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和 光振蕩等概念；4-1分波前干涉裝置4-2光源寬度對(duì)干涉場(chǎng)襯比度的影響4-3光場(chǎng)的空間相干性4-4薄膜干涉4-5邁克耳遜干涉儀4-6非單色性對(duì)干涉場(chǎng)襯比度的影響4-7傅里葉變換光譜儀4-8光場(chǎng)的時(shí)間相干性 4-9 多光束干涉 法布里-珀羅干涉儀 4-10激光第五章多元多維結(jié)構(gòu)衍射6學(xué)時(shí)目的與要求1、著重闡明位移-相移定理；2、重點(diǎn)掌握一維有序結(jié)構(gòu)的夫瑯禾費(fèi)場(chǎng)的特點(diǎn)；3、 掌握一維光柵的夫瑯禾費(fèi)場(chǎng)的特征， 著重闡明光柵方程的導(dǎo)出及意義，了解閃 耀光柵的分光原理；4、了解二維和三維周期結(jié)構(gòu)的衍射

11、場(chǎng)特征； 5-1 位移-相移定理 5-2有序結(jié)構(gòu)一維光柵的衍射 5-3光柵光譜儀閃耀光柵 5-4 二維周期結(jié)構(gòu) 5-5 三維周期結(jié)構(gòu)X射線晶體衍射第六章 傅里葉變換光學(xué)與相因子分析方法6學(xué)時(shí)目的與要求1、掌握衍射系統(tǒng)貫穿著波前變換；2、重點(diǎn)理解屏函數(shù)中的相位衍射元件功能；3、熟練掌握理解波前相因子分析方法；4、掌握余弦光柵的衍射場(chǎng)特征，光學(xué)圖像的傅立葉頻譜分析；5、深刻理解阿貝成像原理（相干系統(tǒng)兩步成像），掌握阿貝波特實(shí)驗(yàn)和空間濾波的基本原理，并學(xué)習(xí)用空間頻譜的語言分析物面信息，改變頻譜的手段來處理信息，從而建立空間濾波的思想； 6-1衍射系統(tǒng)波前變換 6-2相位衍射元件-透鏡和棱鏡 6-3波

12、前相因子分析法 6-4余弦光柵的衍射場(chǎng) 6-5夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)現(xiàn)屏函數(shù)的傅里葉變換 6-6阿貝成像原理與空間濾波實(shí)驗(yàn) 6-7光學(xué)信息處理列舉第七章 光全息術(shù) 1 學(xué)時(shí) 目的與要求 1、 了解全息照相術(shù)和傳統(tǒng)照相術(shù)的光學(xué)原理差異；2、 掌握全息術(shù)的基本原理， 干涉記錄物光波的全息信息， 運(yùn)用波前相因子法分析 全息圖的衍射場(chǎng)；7-1 全息術(shù)原理第八章 光在晶體中的傳播 10 學(xué)時(shí) 目的與要求 1、 了解雙折射的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，掌握晶體的各向異性導(dǎo)致雙折射的產(chǎn)生；2、 掌握惠更斯作圖法， 并能夠說明光在晶體中傳播的規(guī)律； 掌握平面偏振光干涉 的強(qiáng)度分布公式 ；3、深刻理解并掌握布儒斯特定律和馬呂斯定律；4、理解自然光、平面偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光的概念并了解其鑒定方法；5、了解四分之一波片的功用和幾種晶體光學(xué)器件的起偏功能 （如尼科耳棱鏡、 沃 拉斯頓棱鏡、羅雄棱鏡）；旋光性及應(yīng)用，了解人工方式產(chǎn)生雙折射的一些方法。8-1晶體雙折射8-2單軸晶體光學(xué)公式 雙軸晶體8-3晶體光學(xué)器件8-4圓偏振光橢圓偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)8-5偏振光干涉8-6旋光性8-7電光