《光学》教学大纲
  
 
物理学（本科）专业使用
  
  总学时：64
学分数：4		  
  一、 本课程的教学目标和要求  
  光学是普通物理学的一个重要组成部分，是研究光的本性、光的传播和光与物质的相互作用的基 础 学科，它和原子物理、电动力学、联量子力学等后继课程有密切的联系。激光的出现和发展，使光学成为本世纪60年代以来发展最快的学科。量子光学的新发展对光学及其物理学的发展有及其深刻的意义。激光与相关学科的相互渗透，特别是与计算机结合形成许多高新技术。光学已成为现代高新技术的重要基础。通过本课程的教学，应达到以下的目的和要求：  
  1. 通过本门课程的学习，掌握光学学科的基本理论、基本概念和方法，并初步具备近代光学及其应用的物理基础。
2. 教学的主要目标在于培养学生的科学素质；说到底，要提高学生实践、观察、分析、综合、联系、总结、创造等各方面的能力。
3. 引导学生用发展的和全面的观点来认识光的本性。
4. 了解作为物理学的一部分的光学与物理学其它部分的关系并为从经典物理向近代物理过渡奠定相应的基础。
5. 引导学生在课程学习中更多地接触与本课程内容有关的物理前沿，为课程装备多重“接口”，如光纤通讯、信息处理、激光技术、全息术等。
6. 通过本课程的学习，使学生具有分析和处理中学物理光学教材的能力。		  
  二、大纲的基本内容和学时分配  
绪论（1学时）
  1.光学的研究内容和方法
2.光学发展简史及光学的分支学科
  
第一章 光的干涉（10学时）
1.光的波动性及波动的基本概念
2.光的相干条件及杨氏双缝干涉
3.光波的时间相干性和空间相干性
4.薄膜干涉
5.干涉仪及干涉现象的应用
说明：1.着重阐明光的相干条件和掌握光程的概念。分析双光束干涉时，应着重分析光强分布的特征，讨论干涉条纹规律时，简单提及周期性的转化和放大以及“全息记录”的概念。
2.着重阐明等倾干涉和等厚干涉的基本概念、基本规律及其应用。
3.介绍迈克耳孙干涉仪时，扼要介绍傅里叶变换光谱仪。分析法布里－玻罗干涉仪时，应突出多光束干涉的特点。
4.时间相干性和空间相干性的概念可放在激光的相干性中讨论。
5.扼要介绍薄膜光学的内容。
  第二章 光的衍射（8学时）  
 

1.惠更斯－菲涅耳原理
2.菲涅耳衍射，波带片
3.夫琅和费衍射
4.平面衍射光栅
5.空间光栅，布拉格方程
说明：1.详细论述惠更斯－菲涅耳原理。
2.不仅要强调衍射强度的分布，还要强调波的位相信息。
3.明确指出单缝、圆孔、多缝等夫琅和费衍射是不同被积函数的傅里叶变换。
4.着重阐明光栅方程的导出及其意义。
5.探讨衍射反比关系的意义。

  
第三章 几何光学基本原理（9学时）
1.几何光学的基本定律与费马原理
2.平面反射与折射，棱镜和光学纤维
3.球面反射和折射
4.薄透镜
5.共轴球面系统与复合光具组
说明： 1.阐明几何光学是波动光学在波长λ趋于零的近似以及费马原理与最小作用原理在形式和内容上的类似，明确指出费马原理是几何光学的理论基础。
2.着重阐明薄透镜的物象公式和任意光线的成象作图法。
3.重点论述共轴球面系统近轴成象的规律和基点、基面的物理意义。
4.简要介绍光学纤维、倏逝波及其应用。
第四章 光学仪器（6学时）
1.助视仪器的放大本领
2.光阑、光瞳、光度学的基本概念
3光学仪器的聚光本领
说明：1.本部分内容围绕衡量光学仪器特性的三个本领进行教学。
2.在典型的光学仪器中，着重介绍望远镜和显微镜，并介绍新型望远镜和处于前沿的近场扫描光学显微镜。
  第五章 光的偏振（10学时）  
  1.自然光和偏振光
2.反射和折射时的偏振现象
3.布儒斯特定律，马吕斯定律
4.双折射现象，光轴与主截面，o光和e光
5.偏振元件及各种偏振光的产生与检验
6.偏振光的干涉
7.旋光现象、光弹效应、磁光效应和电光效应
说明：1.着重阐明各种偏振态的概念、产生以及实验鉴定方法。
2.用惠更斯作图法说明光在单轴晶体中传播的规律。
3.着重叙述1/4波晶片的功用。
4.说明干涉,衍射和偏振都是波动的特征表现,而偏振又是横波所特有的现象，在讨论光的本性时，必须把它们联系在一起。		  
  第六章 光的吸收、散射和色散（4学时）  
  1.光的吸收
2.光的散射
3.光的色散，群速度
说明：阐述光和物质相互作用的微观机制以及对吸收、散射和色散现象的理论解释。		  
  第七章 光的量子性（6学时）  
  1.黑体辐射，普朗克公式和能量子假设
2.光电效应与光子
3.康普顿效应
4.光的波粒二象性
说明：1.概括叙述量子论的早期发展过程。
2.着重叙述光的量子性和主要实验证据－－光电效应和康普顿效应。
3.从单缝衍射、双缝干涉等方面论述光子行为符合海森伯不确定度关系式，使学生能将粒子和波联系起来，初步完成由决定论向概率论和由经典物理向近代物理的过渡。		  
  第八章 现代光学基础（10学时）  
  1. 激光的基本原理
2.激光的特点及其应用
3.全息照相
4.非线性光学概述
5.傅里叶变换光学简介
说明：1.重点叙述亚稳态能级、受激发射、光激励、粒子数反转光振荡等基本概念。
2.明确指出激光的主要特性在于统计性有序、光子的简并度高、相干性好。
3.扼要介绍激光诞生后，在科技上所发生的重大进展。
4*.简要介绍非线性光学、傅里叶变换光学的基本概念。		  
  三、 教材和参考书  
 

1. 姚启钧原著，华东师大《光学》教材编写组改编，光学教程(第三版)，高等教育出版社，1989。
2. 母国光、战元龄，光学，人民教育出版社，1979。
3. 赵凯华、钟锡华，光学(上下册)，北京大学出版社，1084。
4. 郭永康、鲍培谛，光学教程，(修订本)，四川大学出版社，1993。
5. 易明，经典与现代光学，南京大学出版社，1994。
6. 郭光灿，光学，高教出版社，1995。
7. Jankins and White 著，光学基础，(1990)，杨光熊、郭永康译，高教出版社，1994。
8. Hecht and Zajac 著，光学，秦克诚、詹达三、林福成译，上下册，高教出版社，1981。
9. Ditchburn 著，光学，李增沛、徐游、易明译，上册，1986，程璐译， 下册，高教出版社，1988。

 

  
 
执笔人：从守民
基础物理教研室审定
2003年8月
  
     
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