《物理光學(xué)》課程教學(xué)大綱

《物理光學(xué)》課程教學(xué)大綱課程名稱：物理光學(xué)課程編號：F098091521英文名稱：PhysicalOptics課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程開課學(xué)期：第3學(xué)期總學(xué)時：56理論講授學(xué)時：48習(xí)題課學(xué)時：8一、本課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)物理光學(xué)是理工科學(xué)校、高等示范院校物光電專業(yè)及理學(xué)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程之一。通過本課程的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生系統(tǒng)、全面、深入地掌握光學(xué)的基本理論、基本概念、基本現(xiàn)象和基本分析方法，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及今后從事與光學(xué)相關(guān)的工作奠定理論基礎(chǔ)。通過物理光學(xué)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生逐步掌握波動光學(xué)的基本原理，熟悉光的本性，光的傳播及光與物質(zhì)相互作用所服從的基本規(guī)律。在獲得知識的同時，使學(xué)生建立物理模型的能力，定性分析、估算與定量計算的能力，獨(dú)立獲取知識的能力，理論聯(lián)系實(shí)際的能力獲得同步提高和發(fā)展，開拓思路，激發(fā)探索和創(chuàng)新精神，增強(qiáng)適應(yīng)能力，提升其科學(xué)技術(shù)的整體素養(yǎng)，養(yǎng)成辯證唯物主義的世界觀和方法論。二、課程目標(biāo)內(nèi)容：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生牢固掌握有關(guān)光的傳播及其本性，包括干涉、衍射、偏振等基本想想的原理和規(guī)律，熟悉一些典型儀器的構(gòu)造原理及在科研、生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，了解現(xiàn)代光學(xué)的建立和發(fā)展過程。能力：在學(xué)習(xí)中使學(xué)生逐步掌握研究有關(guān)問題的思路和方法，深刻理解觀察-推理-實(shí)驗(yàn)-抽象的理論這一基礎(chǔ)的科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的分析思維能力及創(chuàng)新能力。三、本課程與其他課程的聯(lián)系和分工學(xué)習(xí)物理光學(xué)，首先要對電磁波理論和粒子理論有一定的了解，而且需要有相應(yīng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)支持。所以，光學(xué)應(yīng)滯后于高等數(shù)學(xué)、力學(xué)和電磁學(xué)開設(shè)。物理光學(xué)是物理學(xué)的一個重要組成部分，它和原子物理、電動力學(xué)、量子力學(xué)等后續(xù)課程有密切的關(guān)系，是學(xué)習(xí)這些課程不可少的基礎(chǔ)。四、學(xué)時分配章節(jié)序號章節(jié)標(biāo)題講授學(xué)時習(xí)題課學(xué)時第一章光的干涉122第二章光的衍射122第三章光的偏振102第四章光的吸收、散射和色散82第五章光的量子性6五、使用教材及參考書教材：姚啟鈞，光學(xué)教程，第六版，北京：高等教育出版社參考書：《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)》石順祥、張海興、劉勁松編著；西安電子科技大學(xué)出版社，2000年8月第一版《PrinciplesofOptics》MaxBornandEmilWolf,CambridgeUniversityPress,1999,seventh(expanded)edition《光學(xué)原理》M.波恩、E.沃耳夫，科學(xué)出版社，1985年第二版《光學(xué)》母國光、戰(zhàn)元齡編著；北京：人民教育出版社，1978《物理光學(xué)》梁銓廷編著；北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981《新概念物理教程-光學(xué)》趙凱華編著；北京：高等教育出版社，2004六、教學(xué)方法和手段以啟發(fā)式教學(xué)為主，利用多媒體輔助教學(xué)，同時開展課堂討論、課外自學(xué)、學(xué)生課外查閱文獻(xiàn)了解學(xué)科前沿，結(jié)合課程內(nèi)容完成課程設(shè)計等多種形式教學(xué)。七、教學(xué)內(nèi)容第一章光的干涉（含緒論）（14學(xué)時）一、教學(xué)目標(biāo)了解光學(xué)研究的內(nèi)容和研究方法；知道光學(xué)發(fā)展歷程；理解相干疊加和非相干疊加的區(qū)別聯(lián)系；理解光的相干條件和光的干涉定義；了解干涉條紋的可見度以及空間相干性和時間相干性對可見度的影響；掌握光程差和相位差之間的關(guān)系；掌握分波面干涉裝置的干涉強(qiáng)度分布的基本規(guī)律，即干涉條紋的間距和干涉條紋的形狀；掌握分振幅法等傾干涉條紋的條紋特征和光強(qiáng)分布及其應(yīng)用；掌握分振幅等厚干涉的條紋特征和光強(qiáng)分布及其應(yīng)用；掌握邁克爾孫干涉儀和法布里干涉儀的基本原理及其應(yīng)用。二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：相干條件，以及分振幅和分波面干涉裝置及干涉光強(qiáng)分布。難點(diǎn)：薄膜干涉和多光束干涉。三、主要內(nèi)容光學(xué)的研究內(nèi)容和方法，光學(xué)發(fā)展史；波動的獨(dú)立性、疊加性和相干性；光程和光程差，實(shí)現(xiàn)相干光束的方法；半波損失；等傾干涉和等厚干涉；邁克耳孫干涉儀；多光束干涉,法布里-珀羅干涉儀。第二章光的衍射（14學(xué)時）一、教學(xué)目標(biāo)了解光的衍射現(xiàn)象，并注意區(qū)分菲涅爾衍射和夫瑯和費(fèi)衍射；理解衍射現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)-----惠更斯-菲涅爾原理；了解波帶片的原理和應(yīng)用；掌握夫瑯禾費(fèi)單縫衍射的光強(qiáng)分布規(guī)律，明確的物理意義；掌握夫瑯禾費(fèi)園孔衍射的光強(qiáng)分布規(guī)律，明確公式的物理意義，和艾里斑的半角寬度計算；熟練掌握平面衍射光柵的基本原理和應(yīng)用，了解光柵的分光原理，掌握光柵方程、缺級和譜線半角寬度的概念和計算；了解晶體的X射線衍射布喇格方程的意義；二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：惠更斯—菲涅耳原理的物理意義、夫瑯和費(fèi)單縫衍射、平面衍射光柵難點(diǎn)：用菲涅耳積分公式定量計算光強(qiáng)分布三、主要內(nèi)容惠更斯-菲涅爾原理；菲涅爾衍射，波帶片；夫瑯禾費(fèi)單縫衍射；夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射；平面衍射光柵；晶體對x射線的衍射。第三章光的偏振（12學(xué)時）一、教學(xué)目標(biāo)了解偏振光和自然光的表觀區(qū)別和內(nèi)在聯(lián)系；理解光的偏振現(xiàn)象是光的橫波性最直接和最有力的實(shí)驗(yàn)證據(jù)；明確單軸晶體的光軸、主截面和振動面的意義；尋常光和非常光的性質(zhì)；掌握單軸晶體中的惠更斯作圖法確定光在單軸晶體中的傳播方向；理解應(yīng)用反射或折射、尼科耳棱鏡、晶體的雙折射和具有二向色性的人造偏振片等產(chǎn)生平面偏振光；掌握布儒斯特定律和馬呂斯定律；掌握產(chǎn)生線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光的條件。明確1/4波片和/2波片的功用；學(xué)會用波片和檢偏器來產(chǎn)生和鑒定各種偏振光的原理和方法；分析偏振光干涉光強(qiáng)的計算；了解光彈效應(yīng)、電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)及旋光現(xiàn)象及應(yīng)用。二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：各種偏振光的產(chǎn)生及鑒別方法。難點(diǎn)：各種光通過波片偏振態(tài)的變化，橢圓偏振光的形成及鑒別。三、主要內(nèi)容自然光和偏振光，光是橫波，偏振度和部分偏振光；反射和折射時的偏振現(xiàn)象；布儒斯特定律，馬呂斯定律；光通過單軸晶體時的雙折射現(xiàn)象，光軸與主截面，o光和e光；偏振儀器；橢圓偏振光和圓偏振光，波晶片，偏振光的檢定法；偏振光的干涉；在應(yīng)力、電場作用下所引起的雙折射；旋光現(xiàn)象，振動面的磁致旋轉(zhuǎn)。第四章光的吸收、散射和色散（10學(xué)時）一、教學(xué)目標(biāo)了解電偶極輻射對光的反射和折射現(xiàn)象的解釋；理解從能量的觀點(diǎn)研究光的吸收現(xiàn)象所遵循的朗伯定律；理解瑞利散射，會用瑞利定律解釋一些常見的光學(xué)現(xiàn)象；理解正常色散和反常色散的特點(diǎn)。二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：光的吸收、散射和色散的現(xiàn)象分析。難點(diǎn)：電偶極子模型。三、主要內(nèi)容光的吸收，比爾定律；光的散射，散射光的強(qiáng)度和波長之間的關(guān)系，散射光的偏振度,受激散射；正常色散和反常色散，色散方程。第五章光的量子性（6學(xué)時）一、教學(xué)目標(biāo)理解群速度的概念；理解光的量子性；領(lǐng)悟光的量子性的主要證據(jù)-----光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)，理解光的波粒二象性。二、教學(xué)重、難點(diǎn)重點(diǎn)：光的量子性和主要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)——光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)。難點(diǎn)：光的群速度和相速度。三、主要內(nèi)容光速的測量法，光速的不變性；相速和群速；熱輻射，基爾霍夫定律；絕對黑體，絕對黑體輻射定律；普朗克公式；光電效應(yīng)，光子，愛因斯坦方程；康普頓效應(yīng)；光