1、光学课程教学大纲光学课程教学大纲一、课程说明本课程总授课时数为64学,周学时4，学分4分，开课学期第三学期。1.课程性质：专业必修课光学是物理学专业本科生必修的基础课程。光学是物理学中最古老的一门基础学科，又是当前科学领域中最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前途。学好光学，既能为物理学专业学生进一步学习原子物理学、量子力学、相对论、电动力学、现代光学、光电子技术、激光原理及应用、光电子学、光子学等课程准备必要的前提条件，又有助于进一步探讨微观和宏观世界的联系与规律。通过本课程的教学，使学生系统地掌握基本原理和基本知识，培养分析问题、解决问题的能力，通过讲授（包括物理学的历史
2、和前沿的讲授）帮助学生建立辩证唯物主义的观点，提高学生的科学素质。从兰州大学物理学院课程的整体设置出发，考虑到物理基地班与普通班的各自办学特点和人才培养的要求，对光学课程的教学内容进行适当的调整，适当压缩几何光学部分，删除原课程中与其他学科相重复的部分以及相对陈旧的内容，吸收利用最新科学研究成果，着重加强现代光学部分的讲授内容，并注意介绍光学研究前沿新动态，按照物理学近代发展的要求和便于学习的原则组织课程体系。通过本课程的教学，使学生系统地掌握基本原理和基本知识，培养分析问题、解决问题的能力，通过讲授（包括物理学的历史和前沿的讲授）帮助学生建立辩证唯物主义的观点，提高学生的科学素质。2.课程教
3、学目的与要求(1)了解光学发展的基本阶段，培养科学研究的素质，加深辩证唯物主义的理解。(2)了解光学所研究的内容和光学前沿研究领域的概况，培养有现代意识、有远见的新一代大学生。(3)掌握光学的基本原理、基本概念和基本规律。培养掌握科学知识的方法。(4)掌握处理光学现象及问题的手段和方法。培养科学研究的方法。(5)光学是当前科学领域中较活跃的前沿学科之一，它与科学和技术结合日益加强，在教学中要展现现代光学技术的成就。(6)在教学中要注意培养学生严谨的治学态度，引导学生逐步掌握物理学的研究方法和培养浓厚的学习兴趣。(7)采取现代化教学手段，提高学生的学习积极性并发挥其主观能动性，从而提高教学效果。
4、(8)部分注明“*”的章节仅对基地班讲授或其他学生课外自主选择自学。 3、教学大纲内容及学时分配章 节标 题课 时 数理论习题课总课时绪论光学的研究内容及光学发展史102第一章费马原理与变折射率光学617第二章波动光学引论12113第三章介质界面光学与近场光学显微镜617第四章干涉装置与光场时空相干性激光12113第五章多元多维结构衍射617第六章傅里叶变换光学与相因子分析方法617第七章光全息术101第八章光在晶体中的传播10111第九章吸收 色散 散射202机动202合计64872注：教学时数为64课时的，有些章节适当调整。4、使用教材与参考书书名作者出版社出版日期教 材现代光学基础第二版
5、钟锡华北京大学出版社2012参考书光学原理第七版玻恩电子工业出版社2011新概念物理教程光学赵凯华高等教育出版社2004光学第二版崔宏滨，李永平，康学亮科学出版社2015光学郭永康高等教育出版社2005光学第三版蔡履中科学出版社2007光学教程姚启钧高等教育出版社2014波动光学冯国英,周寿桓科学出版社2015工程光学郁道银，谈恒英机械工业出版社2006傅里叶光学导论第三版J.W.Goodman著秦克诚 等译电子工业出版社20115.课堂教学方法与手段(1)采用讲授、讨论和研究相结合的方法进行教学。(2)应用光学CAI课件进行教学。6.课程考核方法与要求平时作业 30%课堂练习及讨论 10%期
6、末考试(闭卷) 60%二、课程内容与安排绪论 1学时目的与要求1、 重点掌握光学的研究内容以及光学的研究方法；2、 了解从五个时期来了解光学的发展史，并从中进一步体会光学的研究方法。0-1 光学的研究内容和方法0-2 光学发展简史萌芽时期、几何光学时期、波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期 第一章 费马原理与变折射率光学 6学时目的与要求1、 深刻理解惠更斯原理和费马原理，并掌握从费马原理和惠更斯原理导出反射定律和折射定律；2、 掌握单球面和薄透镜的物像公式和任意光线的作图成像法；3、 重点掌握光程的概念及其物理意义；4、 掌握变折射率问题的分析方法及光线方程；1-1 几何光学的基本原理几
7、何光学的三个基本实验定律，全反射、单球面成像、薄透镜成像等；1-2 惠更斯原理1-3 费马原理1-4 光程1-5 自然变折射率1-6 人工变折射率强光变折射率1-7 光线方程第二章 波动光学引论 12学时目的与要求1、 重点掌握光波的平面简谐波和球面简谐波表示；2、 着重阐明光的相干条件和及其两个补充条件，重点学习杨氏干涉实验及双光束干涉光强的几种表达形式；3、 深刻理解惠更斯菲涅耳原理，并重点掌握菲涅耳积分表达式，掌握标量衍射波理论和巴比涅原理；4、 掌握菲涅耳圆孔衍射和环状波带片的特点，重点学习半波带方法，了解无透镜成像术和波带片的应用；5、 掌握单缝夫琅禾费衍射的现象和光强公式,并了解矩
8、形孔和三角孔夫琅和费衍射的特点；6、 了解夫琅禾费圆孔衍射的现象，掌握成像仪器分辨本领和瑞利判据；7、 掌握光的五种偏振状态，重点学习马吕斯定律及区分偏振状态的方法；2-1 光的电磁理论2-2 定态光波 复振幅描述2-3 波前函数2-4 球面波向平面波的转化2-5 光波干涉引论2-6 两个点源的干涉场 杨氏实验2-7 两束平行光的干涉场2-8 光波衍射引论2-9 圆孔和圆屏菲涅耳衍射2-10 波带片2-11 单缝夫琅禾费衍射 2-12 矩孔和三角孔夫琅禾费衍射2-13 圆孔夫琅禾费衍射 成象仪器2-14 偏振光引论第三章 介质界面光学与近场光学显微镜 6学时目的与要求1、 掌握菲涅耳公式的内容
9、，了解介质界面反射折射时光能量的分配规律；2、 学习界面正入射和掠入射两种情况下的相位突变，重点掌握反射光半波损失；3、 了解维纳实验、隐失波和近场扫描光学显微镜；3-1 菲涅耳公式3-2 反射率和透射率3-3 反射光的相位变化3-4 反射光的偏振态3-5 全反射时的透射场隐失波3-6 近场扫描光学显微镜第四章 干涉装置与光场时空相干性 激光 12学时目的与要求1、 了解几种分波前干涉装置；2、 着重阐明等倾干涉和等厚干涉的基本概念以及应用；3、 掌握迈克耳孙干涉仪和了解法布里珀罗干涉仪的原理及其应用，掌握多光束干涉的特点；4、 了解光场的时间相干性和空间相干性；5、 了解激光产生的基本原理，
10、了解亚稳态能级、受激发射光激励、粒子数反转和光振荡等概念；4-1 分波前干涉装置4-2 光源宽度对干涉场衬比度的影响4-3 光场的空间相干性4-4 薄膜干涉4-5 迈克耳逊干涉仪4-6 非单色性对干涉场衬比度的影响4-7 傅里叶变换光谱仪4-8 光场的时间相干性4-9 多光束干涉 法布里-珀罗干涉仪4-10 激光第五章 多元多维结构衍射 6学时目的与要求1、 着重阐明位移-相移定理；2、 重点掌握一维有序结构的夫琅禾费场的特点；3、 掌握一维光栅的夫琅禾费场的特征，着重阐明光栅方程的导出及意义，了解闪耀光栅的分光原理；4、 了解二维和三维周期结构的衍射场特征；5-1 位移-相移定理5-2 有序
11、结构 一维光栅的衍射5-3 光栅光谱仪 闪耀光栅5-4 二维周期结构5-5 三维周期结构 X射线晶体衍射第六章 傅里叶变换光学与相因子分析方法 6学时目的与要求1、 掌握衍射系统贯穿着波前变换；2、 重点理解屏函数中的相位衍射元件功能；3、 熟练掌握理解波前相因子分析方法；4、 掌握余弦光栅的衍射场特征，光学图像的傅立叶频谱分析；5、 深刻理解阿贝成像原理（相干系统两步成像），掌握阿贝波特实验和空间滤波的基本原理，并学习用空间频谱的语言分析物面信息，改变频谱的手段来处理信息，从而建立空间滤波的思想；6-1 衍射系统 波前变换6-2 相位衍射元件-透镜和棱镜6-3 波前相因子分析法6-4 余弦光
12、栅的衍射场6-5 夫琅禾费衍射实现屏函数的傅里叶变换6-6 阿贝成像原理与空间滤波实验6-7 光学信息处理列举第七章 光全息术 1学时目的与要求1、 了解全息照相术和传统照相术的光学原理差异；2、 掌握全息术的基本原理，干涉记录物光波的全息信息，运用波前相因子法分析全息图的衍射场；7-1 全息术原理第八章 光在晶体中的传播 10学时目的与要求1、 了解双折射的实验现象，掌握晶体的各向异性导致双折射的产生；2、 掌握惠更斯作图法，并能够说明光在晶体中传播的规律；掌握平面偏振光干涉的强度分布公式；3、 深刻理解并掌握布儒斯特定律和马吕斯定律；4、 理解自然光、平面偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的概念
13、并了解其鉴定方法；5、 了解四分之一波片的功用和几种晶体光学器件的起偏功能（如尼科耳棱镜、沃拉斯顿棱镜、罗雄棱镜）；旋光性及应用，了解人工方式产生双折射的一些方法。8-1 晶体双折射8-2 单轴晶体光学公式 双轴晶体8-3 晶体光学器件8-4 圆偏振光椭圆偏振光的产生和检验8-5 偏振光干涉8-6 旋光性8-7 电光效应第九章 光的吸收 色散 散射 2学时目的与要求1、了解光的吸收、散射和色散的经典的解释；2、了解一些光的吸收、散射和色散的现象9-1 电偶极辐射对反射和折射现象的解释9-2 光的吸收 (朗伯定律、吸收光谱)9-3 光的散射 （瑞利散射、米氏散射、分子散射）9-4 光的色散9-5 色散的经典理论9-6 光的相速度和群速度 制定人： 徐 灿审定人： 赵 静批准人：日 期：2016年8 / 8
