1、 1 光学 课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分 课程名称：光学 所属专业：材料物理 课程性质：专业基础课 学分： 3.0 （二）课程简介、目标与任务 光学是自然科学中发展最早的学科之一，它与人类生活密不可分，与自然科学的发展密切相关。光学是材料物理学本科专业的一门重要的专业必修基础课程，是研究光的本性、光的传播及光和物质的相互作用的基础学科，激光的出现和发展使光学的研究进入了一个崭新的阶段，更加扩大了光学在高科技领域、生产和国防上的应用。 通过本门课程的学习，使学生系统地掌握 有关光学的基本概念，基本规律和基本的计算方法，掌握光学的基础理论，基础知识和基本技能
2、，了解现代光学及光学与其他学科、技术相结合的发展状况，为学习后续课程以及今后的工作打下基础。 本课程的任务是使学生掌握 光的干涉、衍射、偏振等基本现象、原理和规 律，了解光学在科研、生产和实践上的应用；培养学生学习的兴趣； 培养学生的学习能力、科学探究能力和分析解决问题的能力，培养学生实事求是、 勇于探究的科学精神和辩证唯物主义世界观。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接 学习光学，需要对电磁波理论和 粒子理论有一定的了解，所以光学应滞后于高等数学、力学、电磁学等课程开设。光学又是原子物理学、电动力学和量子物理学等课程的基础，应先于这些课程开设。 （四）教材与主
3、要参考书。 教材：现代光学基础，钟锡华编著，北京大学出版社， 2003 年 8 月 主要参考书： 1.高等物理光学 ,羊国光 ,宋菲君编著 ,中国科学技术大学出版社 ,2008 年 9 月 2.光学原理 ,马科斯玻恩著 ,电子工业出版社 ,2005 年 8 月 3.新概念物理教程光学 ,赵凯华编著 , 高等教育出版社 ,2004 年 11 月 二、课程内容与安排 按照光学的教学目的和要求，本大纲按 54 学时作安排，其内容及课时分配如下。 “ *”号的内容作为了解，可以讲授，但是这些内容在考试时都不作统一要求。除了“ *”内容外，都为必须掌握的内容。 2 绪论（参考学时数： 2） 了解光学的研
4、究内容和研究方法；知道光学的发展历程、光学与其他自然科学的关系；怎样学好光学。 第一章 费马原理与变折射率光学（参考学时数： 4） 第一节 惠更斯原理 第二节 折射率 第三节 光程 第四节 费马原理 第五节 费马原理与成像 *第六节 自然变折射率 *第七节 人工变折射率 强光变折射率 *第八节 光线方程 *第九节 评述费马原理 【重点掌握】：惠更斯原理、折射率、光程、费马原理等基本原理、基本概念。 【了解】： 变折射率光学、光线方程。 【难点】：费马原理 第二章 波动光学引论（参考学时数： 16） 第一节 光是一种电磁波 第二节 定态光波复振幅描述 第三节 波前函数 第四节 球面波向平面波的转
5、化 第五节 光波干涉的引论 第六节 两个点源的干涉场 杨氏实验 第七节 两束平行光的干涉场 第八节 光波衍射引论 第九节 圆孔和圆屏菲涅耳衍射 第十节 波带片 第十一节 单缝夫琅禾费衍射 *第十二节 矩孔和三角孔夫琅禾费衍射 第十三节 圆孔夫琅禾费衍射 成像仪器分辨本领 第十四节 偏振光引论 *第十五节 部分偏振光的部分相干性 【重点掌握】： 定态光波复振幅描述、波前函数、杨氏实验、圆孔和圆屏菲涅耳3 衍射、单缝夫琅禾费衍射、圆孔夫琅禾费衍射成像仪器分辨本领、偏振光引论。 【了解】： 矩孔和三角孔夫琅禾费衍射、部分偏振光的部分相干性。 【难点】：定态光波的复振幅描述、惠更斯菲涅尔原理。 第三章
6、 介质 界面光学与近场光学显微镜（参考学时数： 6） 第一节 菲涅耳公式 第二节 反射率和透射率 第三节 反射光的相位变化 第四节 反射光的偏振态 *第五节 全反射时的透射场 隐失波 *第六节 近场扫描光学显微镜 【重点掌握】：菲涅耳公式、反射率和透射率、反射光的相位变化、反射光的偏振态。 【了解】： 隐失波、近场扫描光学显微镜 【难点】：反射光的相位变化 第四章 干涉装置与光场时空相干性 激光（参考学时数： 14） 第一节 分波前干涉装置 第二节 光源宽度对干涉场衬比度的影响 第三节 光场的空间相干性 第四节 薄膜 干涉 第五节 迈克耳孙干涉仪 第六节 非单色性对干涉场衬比度的影响 *第七节
7、 傅里叶变换光谱仪 第八节 光场的时间相干性 *第九节 多光束干涉 法布里 -珀罗干涉仪 *第十节 激光 *第十一节 强度相关实验 中子束干涉实验 【重点掌握】： 光场的空间相干性、迈克耳孙干涉仪、光场的时间相干性。 【了解】： 傅里叶变换光谱仪、多光束干涉、激光。 【难点】：光场的时空相干性。 第五章 多元多维结构衍射与分形光学（参考学时数： 4 学时） 第一节 位移 -相移定理 第二节 有序结构 一维光栅的衍射 第三节 光栅光谱仪 闪耀 光栅 4 第四节 二维周期结构的衍射 第五节 三维周期结构 X 射线晶体衍射 主要内容： 【重点掌握】： 一维光栅的衍射、光栅光谱仪。 【了解】： X 射
8、线晶体衍射 。 【难点】：位移 -相移定理。 第六章 光在晶体中的传播（参考学时数： 8） 第一节 晶体双折射 第二节 单轴晶体光学公式 双轴晶体 第三节 晶体光学器件 第四节 圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验 第五节 偏振光干涉 第六节 旋光性 第七节 电光效应 【重点掌握】： 晶体双折射、晶体光学器件、圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验、偏振光干涉。 【了解】：双轴晶 体 。 【难点】：圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验。 教学方法： 本课程以课堂讲授为主，课堂采用多媒体教学 (ppt、 flash、视频等 )、启发式教学，加强演示实验。课下师生讨论（答疑、辅导、演示实验等）。安排部分内容让学生自学，对自学内容，应布置讨论及思考题，以提高学生独立思考问题及解决问题的能力。在讲授传统的波动光学时，渗入现代光学内容，沟通它们之间的联系。既要注意与中学的联系、与前面电磁学的联系，又要注意本课内各章的联系， 还要注意与后继课程的联系。注意加强基础，扩大知识面，增加信息量，既重理论也 重应用，努力使新观点、新技术、新方法和光学基本的传统内容有机结合。 课程考核方式： 平时作业、课堂提问、平时测试（ 30%），期中闭卷考试（ 20%），期末闭卷考试（ 50%）相结合的方式评价学生的学习。 制定人：杨文革 审定人： 批准人： 日 期： 2016-06-21
