《光學(xué)》教學(xué)大綱

1、光學(xué)教學(xué)大綱課程編號(hào)： 102106課程名稱： 光學(xué) 英文名稱： Optics 學(xué)分： 4 總學(xué)時(shí)： 72 實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）學(xué)時(shí)： 適用年級(jí)專業(yè)（學(xué)科類(lèi)） ：物理專業(yè)及相關(guān)專業(yè) , 二年級(jí)第一、二學(xué)期 一、課程說(shuō)明（一）編寫(xiě)本大綱的指導(dǎo)思想 為適應(yīng)我校學(xué)分制教學(xué)計(jì)劃的要求，體現(xiàn)科學(xué)性、思想性和實(shí)踐性的基本要求，建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)體 系，特制定本大綱。（二）課程目的和要求 光學(xué)是普通物理中一個(gè)重要組成部分 . 通過(guò)本門(mén)課程的教學(xué)， 使學(xué)生系統(tǒng)地掌握光的基本性質(zhì) , 基本 原理和基本知識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，本門(mén)課程一方面為后繼課程的學(xué)習(xí)和專業(yè) 訓(xùn)練提供必要的準(zhǔn)備，另一方為學(xué)生將來(lái)從事科學(xué)研

2、究 , 教學(xué)和其他工作打下良好的基礎(chǔ)。作為物 理學(xué)的基本課程，應(yīng)著重要求學(xué)生掌握物理學(xué)的基本概念和基本規(guī)律 , 使學(xué)生建立起鮮明的物理圖 象。在教學(xué)中，還應(yīng)通過(guò)分析、概括豐富的自然現(xiàn)象 , 聯(lián)系科學(xué)發(fā)展和生產(chǎn)實(shí)際中的有關(guān)事例 , 注意采用 演示實(shí)驗(yàn)、多媒體教學(xué)等手段， 以及加強(qiáng)習(xí)題運(yùn)算 , 課堂討論等多種形式 ,貫徹理論聯(lián)系實(shí)際的原則 . 了解光學(xué)的最新發(fā)展，體會(huì)到綜合運(yùn)用基礎(chǔ)物理學(xué)知識(shí)聯(lián)系實(shí)際、思索問(wèn)題和解決問(wèn)題的樂(lè)趣。（三）教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn): 共軸球面組成像 光的干涉、衍射和偏振的基本原理及典型應(yīng)用。 難點(diǎn): 運(yùn)用菲涅耳公式解釋半波損失問(wèn)題偏振光的干涉 旋光現(xiàn)象解釋。（四）知識(shí)范圍及

3、與相關(guān)課程的關(guān)系 本課程研究光的傳播規(guī)律以及光和物質(zhì)相互作用問(wèn)題 . 學(xué)習(xí)本課程，應(yīng)具備高等數(shù)學(xué)、力學(xué)及電磁 學(xué)的基本理論。同時(shí)本課程又與原子物理、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)、激光原理、光纖通信、信息光電 子學(xué)等后繼課程有密切關(guān)系。（五）教材及教學(xué)參考書(shū)的選用1、光學(xué) （上、下冊(cè) ）, 趙凱華 鐘錫華 , 北京大學(xué)出版社， 1996 第五次印刷；2、光學(xué)，易明，高等教育出版社， 1999年 10 月第一版；3、光學(xué)，章志鳴 沈元華等，高等教育出版社， 1995 年 5 月第一版；4、光學(xué)，王楚 湯俊雄，北京大學(xué)出版社， 2001年 7 月第一版；5、光學(xué)，母國(guó)光 戰(zhàn)元令編， 人民教育出版社， 1979

4、 。6、光學(xué)題解指導(dǎo) ，鐘錫華 駱武剛編著， 電子工業(yè)出版社， 1985 ；7、 Optics ， E.Hecht,A.Zajac ， Addision-Wesley Publishing Company， 1974.8、光學(xué)教程 ，姚啟鈞，高等教育出版社， 1986。二、課程內(nèi)容緒論教學(xué)目的和要求 : 了解光學(xué)的發(fā)展和光的本性問(wèn)題課程內(nèi)容 ：光的本性 光源和光譜 光學(xué)的研究對(duì)象、分支與應(yīng)用。學(xué)時(shí) : 2 學(xué)時(shí)主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織 : 課堂教學(xué) 第一章 幾何光學(xué)教學(xué)目的和要求 :1. 掌握幾何光學(xué)的基本規(guī)律 .2. 理解惠更斯原理和費(fèi)馬原理 , 掌握光程的概念 .3. 掌握共軸球面組和薄透鏡成像

5、的物象關(guān)系公式及作圖法 .4. 深入理解共軸理想光具組基點(diǎn)和基面的物理意義 , 掌握其作圖法 .5. 了解各光學(xué)儀器的特性 .課程內(nèi)容 :幾何光學(xué)基本定律 惠更斯原理 費(fèi)馬原理 共軸球面組傍軸成象 理想光具組理論 光學(xué)儀器 光度學(xué)基本概念學(xué)時(shí)： 9 學(xué)時(shí)主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織 : 課堂教學(xué)和討論思考題 :1. 為什么透過(guò)茂密樹(shù)葉縫隙投射到地面的陽(yáng)光形成圓形光斑?你能設(shè)想在日偏食的情況下這種光斑的形狀有變化嗎 ?2. 惠更斯原理是否適用于空氣中的聲波?你是否期望聲波也服從和聲波一樣的反射和折射定律?3. 若光線1,2相交于P點(diǎn),經(jīng)過(guò)一理想光具組后，它們的共軛光線是否一定相交？4. 凸透鏡是否一定為會(huì)

6、聚透鏡 ?5. 一般說(shuō)來(lái) , 理想光具組能保持不與光軸垂直的平面內(nèi)幾何圖形的相似性嗎? 為什么？6. 調(diào)節(jié)顯微鏡時(shí)鏡筒作整體移動(dòng) , 而不改變筒長(zhǎng) , 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡時(shí) , 需要調(diào)節(jié)目鏡和物鏡的距離 ?第二章 波動(dòng)光學(xué)基本原理 教學(xué)目的和要求 :1 .掌握平面波和球面波的特點(diǎn)及其復(fù)振幅描述 .2. 理解波前的概念 .3. 掌握光的相干條件 , 雙光束干涉的光強(qiáng)分布公式及其特點(diǎn) .4. 理解惠更斯 - 菲涅耳原理以及菲涅耳積分表達(dá)式的意義.5. 掌握菲涅耳圓孔衍射和圓屏衍射的半波帶法以及矢量圖解法, 能解釋其主要衍射特征 , 掌握菲涅耳波帶片在軸上的光強(qiáng)分布特點(diǎn) .6. 掌握夫瑯和費(fèi)單縫和矩孔衍射強(qiáng)

7、度分布公式及單縫衍射因子的特點(diǎn) .7. 了解瑞利判據(jù)及其應(yīng)用 .8. 了解五種偏振光 , 掌握布儒斯特定律 .9. 了解菲涅耳公式及光在電介質(zhì)表面反射和折射的主要性質(zhì) . 掌握馬呂斯定律 . 課程內(nèi)容 :定態(tài)光波和復(fù)振幅描述 波前 波的迭加和波的干涉 兩個(gè)點(diǎn)源的干涉 惠更斯 - 菲涅耳原理 菲 涅耳衍射 夫瑯和費(fèi)衍射 光學(xué)儀器的像分辨本領(lǐng) 光的橫波性和五種偏振態(tài) 菲涅耳公式及光在 電介質(zhì)表面反射和折射的主要性質(zhì)學(xué)時(shí)： 20 學(xué)時(shí)主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織 : 課堂教學(xué) 課堂討論 演示實(shí)驗(yàn) 小測(cè)驗(yàn)思考題 :1. 比較球面波向平面波過(guò)渡的遠(yuǎn)場(chǎng)條件和傍軸條件 . 什么情況下遠(yuǎn)場(chǎng)條件蘊(yùn)含了傍軸條件 ? 什么情

8、 況下傍軸條件蘊(yùn)含了遠(yuǎn)場(chǎng)條件 ?有人說(shuō) , 相干迭加服從波的迭加原理 ; 非相干迭加不服從波的迭加原理 . 對(duì)嗎?2. 在楊氏雙孔實(shí)驗(yàn)中 , 雙孔間距縮小 , 干涉條紋有何變化 ?3. 在楊氏雙孔實(shí)驗(yàn)中 , 用白光照明 , 將出現(xiàn)怎樣的干涉圖樣 ?4. 俗話說(shuō) : “隔著門(mén)縫看人 - 把人看邊扁了” 、“隔墻有耳” , 從波動(dòng)光學(xué)的角度看 ,這寫(xiě)話有道理嗎 ?5. 為什么圓孔衍射圖樣的中心強(qiáng)度作亮暗交替變化? 而圓屏衍射圖樣的中心強(qiáng)度卻作單調(diào)變化 ?6. 菲涅耳波帶片的次焦點(diǎn)和主焦點(diǎn)光強(qiáng)之比是多少?7. 菲涅耳圓孔衍射圖樣的中心點(diǎn)可能是亮的, 也可能是暗的 , 而夫瑯和費(fèi)圓孔衍射圖樣的中心點(diǎn)總

9、是亮的 .這是為什么 ?8. 自然光和圓偏振光都可以看成等幅垂直偏振光的合成, 它們之間的主要區(qū)別是什么 ?部分偏振光和橢圓偏振光呢 ?10. 當(dāng)一束光投射在兩種透明介質(zhì)的分界面上時(shí) , 會(huì)發(fā)生只有透射而無(wú)反射的情況嗎 ?第三章 干涉裝置 光場(chǎng)的時(shí)空相干性 教學(xué)目的和要求 :1. 掌握分波前干涉裝置中條紋分布特點(diǎn) , 理解光場(chǎng)的空間相干性的概念 .2. 掌握等厚干涉和等傾干涉的基本概念、理論及應(yīng)用 .3. 了解邁克爾孫干涉儀和法布里 -泊羅干涉儀的原理及應(yīng)用。 理解光場(chǎng)的時(shí)間相干性。 掌握多光束干涉的特點(diǎn)課程內(nèi)容：分波前干涉裝置光場(chǎng)的空間相干性分振幅干涉裝置薄膜干涉邁克耳孫干涉儀法布里-泊羅干

10、涉儀光場(chǎng)的時(shí)間相干性多光束干涉及其應(yīng)用學(xué)時(shí)：12學(xué)時(shí)主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織：課堂教學(xué)課堂討論演示實(shí)驗(yàn)小測(cè)驗(yàn)思考題：1. 在許多分波前干涉裝置中，我們發(fā)現(xiàn)條紋不是等亮的。亮紋的強(qiáng)度似乎受某種因子所調(diào)制而有一種緩慢的起伏.試解釋這種現(xiàn)象2. 試解釋教材中圖2-12所示現(xiàn)象.3. 可以采用什么方法來(lái)檢驗(yàn)精密機(jī)械零件表面的光潔度？4. 在傍軸條件下，等傾干涉條紋的半徑與干涉級(jí)數(shù)有怎樣的依賴關(guān)系？牛頓環(huán)的情況怎樣？二者有區(qū)別嗎？5. 在邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)中,(1)當(dāng)反射鏡 M平移時(shí)，如何判斷等效的空氣層在增厚還是減薄(2)當(dāng)你看到直線條紋時(shí)，怎樣判斷等效的空氣層哪邊厚哪邊??？7. 多光束干涉與雙光束干涉相

11、比，二者在處理方法和強(qiáng)度分布方面有什么共同和不同之處？干涉條紋各有什么特點(diǎn)？第四章衍射光柵教學(xué)目的和要求：1. 掌握多縫夫瑯和費(fèi)衍射強(qiáng)度分布公式及特點(diǎn)。2. 理解光柵光譜儀的分光原理及性能指標(biāo)。3. 了解X射線在晶體上的衍射課程內(nèi)容：多縫夫瑯和費(fèi)衍射黑白光柵和正弦光柵光柵光譜儀 三維光柵-X射線在晶體上的衍射學(xué)時(shí)：6學(xué)時(shí)主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織：課堂教學(xué)課堂討論小測(cè)驗(yàn)思考題：1. 為什么dsi n v - k，是縫間干涉因子的主極強(qiáng)條件，而asi n v - k，確是單縫衍射的暗紋條件？2. N縫衍射裝置中入射光能流比單縫大N倍，而主極強(qiáng)卻大N2倍，這違反能量守恒嗎？3. 為了提高光柵的色散本領(lǐng)和色

12、分辨本領(lǐng)，既要求光柵刻線很密(即d小),又要求刻線總數(shù)很多(即N大).怎樣理解N增大并不能提高光柵的色散本領(lǐng)？怎樣理解d減小時(shí)雖然擴(kuò)大兩條譜線的角間隔,卻不能提高光柵的色分辨本領(lǐng)？第五章傅里葉變換光學(xué)第六章全息照相 教學(xué)目的和要求 :了解全息照相的過(guò)程、原理及特點(diǎn) 。課程內(nèi)容 :全息照相的過(guò)程 原理及特點(diǎn)學(xué)時(shí)： 2 學(xué)時(shí) 主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織 : 課堂教學(xué) 思考題 :1. 為什么全息術(shù)對(duì)光源的時(shí)間相干性有較高要求?在布置全息紀(jì)錄的光路時(shí) , 人們常常注意讓參考光路和物光路到達(dá)紀(jì)錄介質(zhì)的光程盡量相近 , 這是為什么 ? 為什么全息臺(tái)要有很好的防震設(shè)備 ? 第七章 光在晶體中的傳播教學(xué)目的和要求 :

13、1. 了解雙折射現(xiàn)象和基本規(guī)律。2. 能夠運(yùn)用惠更斯作圖法分析光在單軸晶體中的雙折射情況 .3. 掌握雙折射現(xiàn)象的典型應(yīng)用 - 晶體器偏振和波晶片 .4. 掌握?qǐng)A偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢驗(yàn) .5. 理解偏振光干涉的基本原理 ,能夠計(jì)算簡(jiǎn)單情況下的強(qiáng)度分布 .6. 了解人為雙折射現(xiàn)象 .7. 了解旋光現(xiàn)象 .課程內(nèi)容 :雙折射 晶體光學(xué)器件 圓偏振光和橢圓偏振光的獲得和檢驗(yàn) 偏振光的干涉及其應(yīng)用 旋光 學(xué)時(shí)： 12 學(xué)時(shí) 主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織 : 課堂教學(xué) 課堂討論 演示實(shí)驗(yàn) 小測(cè)驗(yàn) 思考題 :1. 當(dāng)單軸晶體的光軸與表面呈一定角度時(shí) ,一束與光軸方向平行的光入射到晶體表面之內(nèi)時(shí) , 它是 否

14、會(huì)發(fā)生雙折射 ?2. 分析渥拉斯頓棱鏡中雙折射光線的傳播方向和振動(dòng)方向 .3. 在一對(duì)正交的偏振片之間放一塊四分之一波片 , 以自然光入射 .(1) 轉(zhuǎn)動(dòng)四分之一波片的光軸方向時(shí) , 出射光的強(qiáng)度怎樣變化 ?有無(wú)消光現(xiàn)象 ?(2) 如果有強(qiáng)度極大和消光現(xiàn)象 , 它們?cè)谒姆种徊ㄆ墓廨S處于什么方向時(shí)出現(xiàn)?這時(shí)從四分之一波片出射光的偏振態(tài)如何 ?4. 如何區(qū)分自然光和圓偏振光 ? 如何區(qū)分部分偏振光和橢圓偏振光 ?5. 在偏振光干涉裝置中 ,其分光束的器件是什么 ? 其分割光束的方式是分波前還是分振幅 ?6. 教材中第 213 頁(yè)思考題 6.7. 當(dāng)線偏振光正入射到菲涅耳復(fù)合棱鏡中時(shí) , 分析線

15、偏振光分解成的左旋圓偏振光和右圓偏振光傳播方向分開(kāi)的原因 .第八章 光的吸收 色散和散射 教學(xué)目的和要求 :1. 掌握光的吸收的線性規(guī)律 , 理解復(fù)折射率、普遍吸收和選擇系數(shù)的意義。2. 掌握正常色散和反常色散的特點(diǎn) .3. 理解群速的概念 .4. 掌握瑞利散射定律 及喇曼散射的特征。課程內(nèi)容 :光的吸收 正常色散 反常色散 色散曲線 群速和相速 光的散射 瑞利散射 喇曼散射學(xué)時(shí)： 4 學(xué)時(shí) 主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織 : 課堂教學(xué)思考題 :1. 為什么由點(diǎn)燃的香煙冒出的煙是淡藍(lán)的?而吸煙者口中吐出的煙卻呈白色?2. 汽車(chē)上的霧燈為什么選用桔紅色 ?第九章 光的量子性 激光教學(xué)目的和要求 :1. 了解熱輻射現(xiàn)象及普朗克能量子假說(shuō)