光學(xué)課程教學(xué)大綱授課對象：全館人員 指定教材：光學(xué)（上下冊），趙凱華、鐘錫華，北京大學(xué)出版社 第一部分 大綱說明 一、光學(xué)課程在基礎(chǔ)物理學(xué)中的地位光學(xué)是普通物理學(xué)的一個重要組成部分，是研究光的本性、光的傳播和光與物質(zhì)的相互作用的基礎(chǔ)科學(xué)激光的出現(xiàn)和發(fā)展，使光學(xué)的研究進(jìn)入到一個嶄新的階段。它與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有密切聯(lián)系。光學(xué)的發(fā)展過程也是人們認(rèn)識客觀世界的一個重要組成部分。二、教學(xué)要求1要求全館人員牢固掌握有關(guān)光的傳播及其本性，包括干涉、衍射、偏振等基本現(xiàn)象、原理和規(guī)律，為后繼課程奠定必要的基礎(chǔ)。并了解它們在科研、生產(chǎn)和實踐上的應(yīng)用。2要求全館人員牢固掌握幾何光學(xué)的基本概念、成像規(guī)律和作圖方法。熟悉典型助視光學(xué)儀器的基本原理。3要求全館人員具有分析和處理中學(xué)物理光學(xué)教材的能力。4要求全館人員了解現(xiàn)代光學(xué)發(fā)展的趨向，要求對激光產(chǎn)生的原理和激光器有初步的了解。5培養(yǎng)全館人員在課堂教學(xué)、習(xí)題課及課外作業(yè)中的獨立思考能力。三、內(nèi)容安排1本大綱的體系是按波動光學(xué)、幾何光學(xué)、光的量子性和現(xiàn)代光學(xué)四個部分的次序安排的。波動光學(xué)放在前面，是因為考慮到和普通物理電磁學(xué)的銜接，有利于認(rèn)識光的電磁本性；這樣處理，可將幾何光學(xué)作為波動光學(xué)的近似和特例，有助于從光的電磁本性來理解幾何光學(xué)的內(nèi)容，比中學(xué)幾何光學(xué)在觀點上有所提高；同時還符合當(dāng)前國內(nèi)外光學(xué)教學(xué)體系的變化趨勢。至于波動光學(xué)教學(xué)中所涉及的幾何光學(xué)的最基本的知識，在中學(xué)的幾何光學(xué)教學(xué)中已有一定的基礎(chǔ)。2教學(xué)上應(yīng)反映光學(xué)科學(xué)發(fā)展的先進(jìn)水平。并將望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、波帶片、全息等內(nèi)容分散在各章中作一扼要介紹。第二部分 課程說明第一章 幾何光學(xué)（共4課）一、主要內(nèi)容 1、光線的概念 2、費馬原理 3、單心光束，實象和虛象 4、光在平面界面上的反射和折射、光學(xué)纖維 5、光在球面界面上的反射和折射 6、光連續(xù)在幾個球面界面上和折射、虛物的概念 7、薄透鏡 8、近軸物點近軸光線成象條件 9、理想光具組的基點和基面 10、理想光具組的放大率、基點和基面的性質(zhì)二、教學(xué)目的和要求 熟練掌握幾何光學(xué)的基本定律和應(yīng)用；理解費馬原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式；熟悉幾何光學(xué)系統(tǒng)的成象規(guī)律和分析方法；熟練掌握特殊光線的成象作圖法；了解常用光學(xué)儀器的基本原理；了解簡單光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計方法；了解光纖的構(gòu)造及應(yīng)用。 三、課程安排第一課 幾何光學(xué)基本定律一、掌握光線和波面的概念二、掌握幾何光學(xué)基本定律（光的直線傳播定律、反射和折射定律、全反射）三、掌握棱鏡與色散原理第二課 惠更斯費馬原理 成像原理一、掌握光程的概念二、理解費馬原理及其應(yīng)用三、掌握實像與虛像、實物與虛物；四、掌握物方和像方、像與物的共軛性第三課薄透鏡 光學(xué)儀器一、掌握焦距公式二、掌握成像公式三、掌握眼睛的結(jié)構(gòu)四、掌握照相機(jī)、顯微鏡、放大鏡、望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)第四課 光度學(xué)基本概念一、掌握輻射能通量、光通量二、掌握發(fā)光強度和亮度三、掌握照度第二章 光的干涉（共7課）一、主要內(nèi)容 1、光的電磁理論 2、波動的獨立性、疊加性和相干性 3、由單色波疊加所形成的干涉花樣 4、分波面雙光束干涉 5、干涉條紋的可見度、光波的時間相干性和空間相干性 6、菲涅耳公式 7、分振幅薄膜干涉（一）等傾干涉 8、分振幅薄膜干涉（二）等厚干涉 9、邁克耳遜干涉儀 10、法布里珀羅干涉儀、多光束干涉 11、干涉現(xiàn)象的一些應(yīng)用、牛頓圈 二、教學(xué)目的和要求 掌握光波的概念、波動方程、疊加原理及其應(yīng)用；熟練掌握光程、光程差的概念；理解光的相干性的有關(guān)基本概念，熟練掌握光的干涉原理和分析方法，熟練掌握薄膜干涉的原理和分析方法，熟悉干涉儀及應(yīng)用。三、教學(xué)內(nèi)容 第五課光的電磁理論一、了解光和電磁波的比較；二、掌握波動概述三、掌握復(fù)振幅描述第六課 波的疊加和相干條件 干涉花樣干涉條紋的可見度一、了解機(jī)械波的疊加原理； 二、掌握光波的獨立性和疊加性； 三、掌握光波的相干條件和補充條件 四、掌握位相差和光程差的概念五、理解干涉花樣的形成第七課 分波前雙光束干涉一、掌握分波面干涉的概念； 二、深入理解楊氏雙縫干涉第八課分振幅薄膜干涉（一）等傾干涉條紋一、掌握單色光等傾干涉的光程差，學(xué)會分析半波損失； 二、理解單色光等傾干涉的條紋特點第九課分振幅薄膜干涉（二）等厚干涉條紋一、掌握單色光等厚干涉的光程差，學(xué)會分析半波損失； 二、理解單色光等厚干涉的條紋特點三、理解薄膜色的形成第十課邁克耳遜干涉儀的基本原理一、掌握邁克耳遜干涉儀的儀器構(gòu)造、光路走向、光程的計算； 二、深入理解邁克耳遜干涉的條紋特點第十一課法布里-珀羅干涉儀多光束干涉一、掌握多光束干涉的光強公式獲得； 二、掌握法布里-珀羅干涉儀的干涉機(jī)理及條紋特點。 第三章 光的衍射（共5課）一、主要內(nèi)容 1、光的衍射現(xiàn)象 2、惠更斯菲涅耳原理 3、菲涅耳半波帶 4、菲涅耳衍射（圓孔和圓屏） 5、夫瑯和費單縫衍射 6、夫瑯和費圓孔衍射 7、平面衍射光柵 8、晶體對倫琴射線的衍射 二、教學(xué)目的和要求 理解惠更斯菲涅耳原理以及菲涅耳積分表達(dá)式的意義；能用半波帶法定性分析菲涅耳圓孔衍射，了解波帶片的概念；熟練掌握夫瑯和費衍射，能根據(jù)光強公式分析衍射花樣的特點；理解和掌握光柵方程的意義，能分析光柵的性能參數(shù)，了解光柵的應(yīng)用；掌握光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)和衍射現(xiàn)象的基本應(yīng)用。三、教學(xué)內(nèi)容 第十二課 光的衍射現(xiàn)象 惠更斯-菲涅爾原理一、掌握衍射的概念； 二、了解常見的衍射現(xiàn)象三、掌握惠更斯-菲涅爾原理四、掌握菲涅爾和夫瑯和費衍射的區(qū)分 第十三課菲涅爾半波帶菲涅爾圓孔和圓屏衍射一、理解菲涅爾半波帶法計算軸上觀察點處的振幅二、學(xué)會利用菲涅爾半波帶法判斷考查點的明暗情況。 三、掌握圓孔衍射和圓屏衍射中波帶數(shù)、考察點振幅的求法及矢量圖解法； 四、理解菲涅爾波帶片的構(gòu)成原理 第十四課菲涅爾波帶片 夫瑯和費單縫衍射一、理解菲涅爾波帶片的構(gòu)成原理 二理解菲涅爾波帶法成像與透鏡成像的聯(lián)系與區(qū)別。 三、熟悉夫瑯和費單縫衍射裝置和現(xiàn)象； 四、掌握單縫衍射的強度公式； 五、掌握條紋特點，并學(xué)會分析影響衍射條紋的因素 六、理解單縫衍射因子的特點。 第十五課夫瑯和費圓孔衍射 夫瑯和費雙縫衍射一、掌握艾里斑角半徑的公式。 二、掌握雙縫衍射的強度公式； 三、掌握條紋特點，學(xué)會分析干涉和衍射的關(guān)系。 第十六課平面衍射光柵一、掌握衍射強度公式和條紋特點； 二、深入理解缺級現(xiàn)象及角色散、線色散、半角寬度等； 三、了解閃耀光柵的形成。 第四章 光的偏振（共5課）一、主要內(nèi)容 1、自然光與偏振光 2、平面偏振光與部分偏振光 3、光通過單軸晶體時的雙折射現(xiàn)象 4、光在晶體中的波面 5、光在晶體中的傳播方向 6、偏振元件 7、橢圓偏振光和圓偏振光 8、偏振態(tài)的實驗檢定 9、偏振光的干涉 二、教學(xué)目的和要求 熟悉單軸晶體中雙折射現(xiàn)象，了解布儒斯特定律、斯托克斯定律；熟練掌握各種偏光器件的原理、性能和應(yīng)用；了解橢圓偏振儀、偏振光干涉。三、教學(xué)內(nèi)容 第十七課 偏振光和自然光偏振度一、掌握偏振態(tài)的概念及其分類； 二、掌握線偏振光的振動狀態(tài)及偏振度公式。 第十八課 反射和折射獲得偏振光布儒斯特定律一、了解反射和折射光的偏振特性； 二、掌握布儒斯特定律。 第十九課偏振棱鏡和偏振片馬呂斯定律一、掌握馬呂斯定律二、理解尼科爾棱鏡、沃拉斯頓棱鏡和偏振片的構(gòu)成機(jī)理； 三、熟練掌握沃拉斯頓棱鏡圖解法求光的振動和傳播方向。 第二十課橢圓偏振光和圓偏振光波片偏振光的分析和檢驗一、掌握橢圓偏振光和圓偏振光的振動態(tài)的描述及獲得方式； 二、理解半波片和1/4波片； 三、熟練掌握橢圓偏振光和圓偏振光的產(chǎn)生裝置和矢量分解。 四、掌握偏振態(tài)的檢驗五、學(xué)會分析干涉矢量分解圖；第二十一課偏振光的干涉一、掌握偏振光干涉實驗裝置，干涉光強公式及其位相關(guān)系； 二、了解顯色偏振。 第五章 光的吸收、散射和色散（共3課）一、主要內(nèi)容 1、測定光速的實驗室方法 2、光的相速度和群速度 3、電偶極輻射對反射和折射現(xiàn)象的解釋 4、光的吸收 5、光的散射 6、光的色散 二、教學(xué)目的和要求 了解測定光速的實驗室方法；理解相速度和群速度的概念。了解色散和散射的經(jīng)典理論，能解釋色散現(xiàn)象。三、教學(xué)內(nèi)容 第二十二課 光的吸收一、了解光的吸收概念； 二、理解一般吸收和選擇吸收； 三、了解吸收光譜第二十三課色散一、了解光的色散含義； 二、掌握正常色散、反常色散。 第二十四課 散射 一、了解光的散射含義； 二、掌握瑞利散射定律 第六章 全息照相（共1課）一、主要內(nèi)容 1、全息照相原理 2、全息照相過程 3、全息照相的應(yīng)用二、教學(xué)目的和要求 了解全息照相原理、全息照相過程、全息照相的應(yīng)用三、教學(xué)內(nèi)容 第二十五課 全息照相一、全息照相原理 二、全息照相過程三、全息照相的應(yīng)用第七章光的量子性（共3課） 一、主要內(nèi)容 1、熱輻射、基耳霍夫定律 2、黑體的經(jīng)典輻射定律 3、普朗克輻射公式、能量子 4、光電效應(yīng) 5、愛因斯坦的量子解釋 6、康普頓效應(yīng) 7、波粒二象性 二、教學(xué)目的和要求 了解量子論的發(fā)展過程，理解并掌握熱輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)三個典型實驗以及相關(guān)規(guī)律，認(rèn)識光的波動性和量子性是統(tǒng)一的。三、教學(xué)內(nèi)容 第二十六課熱輻射一、了解輻射基本概念； 二、掌握基爾霍夫定律三、掌握絕對黑體和黑體輻射 第二十七課光電效應(yīng)光子一、掌握光