光学大纲第一章 光的干涉 主要内容 1、光的电磁理论 2、波动的独立性、叠加性和相干性 3、由单色波叠加所形成的干涉花样 4、分波面双光束干涉 5、干涉条纹的可见度、光波的时间相干性和空间相干性 6、菲涅耳公式 7、分振幅薄膜干涉（一）等倾干涉 8、分振幅薄膜干涉（二）等厚干涉 9、迈克耳逊干涉仪 10、法布里珀罗干涉仪、多光束干涉 11、干涉现象的一些应用、牛顿圈 教学目的和要求 掌握光波的概念、波动方程、叠加原理及其应用；熟练掌握光程、光程差的概念；理解光的相干性的有关基本概念，熟练掌握光的干涉原理和分析方法，熟练掌握薄膜干涉的原理和分析方法，熟悉干涉仪及应用。 学时数 13学时 复习思考题 1、试比较光波与无线电波，光子与电子的异同。 2、试说明怎样利用杨氏干涉条纹来测量双缝的间距，以及怎样比较不同单色光的波长。 3、为从普通光源获得空间相干性较好的光场，最简单的办法是什么？ 4、使用扩展光源时，怎样决定薄膜干涉的定域地点？ 5、什么叫相干时间和相干长度？时间相干性与单色性有何联系？普通厚度的玻璃板的两个表面为什么不能形成干涉条纹？ 讨论题（从中选择课程论文题） 1、产生干涉的相干光必须来自同一发光原子、同一次发射的光波，试解释其理由。 2、影响杨氏干涉条纹清晰程度的因素有哪些？请进行详细的分析。第二章 光的衍射 主要内容 1、光的衍射现象 2、惠更斯菲涅耳原理 3、菲涅耳半波带 4、菲涅耳衍射（圆孔和圆屏） 5、夫琅和费单缝衍射 6、夫琅和费圆孔衍射 7、平面衍射光栅 8、晶体对伦琴射线的衍射 教学目的和要求 理解惠更斯菲涅耳原理以及菲涅耳积分表达式的意义；能用半波带法定性分析菲涅耳圆孔衍射，了解波带片的概念；熟练掌握夫琅和费衍射，能根据光强公式分析衍射花样的特点；理解和掌握光栅方程的意义，能分析光栅的性能参数，了解光栅的应用；掌握光学仪器的分辨本领和衍射现象的基本应用。 学时数 12学时 复习思考题 1、为什么作费涅耳衍射时，光源和接受屏要放得那样远？为什么放近了不易看到衍射条纹？ 2、光在面积有限的反射面上反射时能否产生衍射现象？ 3、菲涅耳衍射的亮点和暗点，与夫琅禾费衍射的亮点和暗点有何不同？ 4、单缝的衍射光与理想的线光源的光有何不同？ 5、在夫氏衍射装置中，若点光源的在垂直光轴的平面里上下左右移动时，衍射图样有何变化？ 6、若在单缝夫琅和费衍射装置中线光源取向并不严格平行单缝，这对衍射图样有何影响？ 7、为什么德布罗意波的衍射实验需要用晶体作光栅？ 讨论题（从中选择课程论文题） 1、叙述光的干涉和光的衍射的共同点和区别。 2、要制造一个对应于=5m的焦距为10m的振幅波带片，要求焦点处光强为不放波带片时的一千倍以上，请回答：（1）如何设计这一波带片？ (2)这个位相型波带片能否用于波长为的光？ 第三章 几何光学的基本原理 主要内容 1、光线的概念 2、费马原理 3、单心光束，实象和虚象 4、光在平面界面上的反射和折射、光学纤维 5、光在球面界面上的反射和折射 6、光连续在几个球面界面上和折射、虚物的慨念 7、薄透镜 8、近轴物点近轴光线成象条件 9、理想光具组的基点和基面 10、理想光具组的放大率、基点和基面的性质 教学目的和要求 熟练掌握几何光学的基本定律和应用；理解费马原理的数学表达式；熟悉几何光学系统的成象规律和分析方法；熟练掌握特殊光线的成象作图法；了解常用光学仪器的基本原理；了解简单光学系统的设计方法；了解光纤的构造及应用。 学时数 10学时 复习思考题 1、简述费马原理，并说明费马原理与光的相干叠加原理不悖。 2、为什么说按费马原理设计的透镜没有计及衍射的影响？平面反射镜是否有衍射？ 3、几何光学的基本定律是否只适用于光波？ 4、如果太阳光通过一个三角形的孔射到屏幕上，屏幕上的光斑在什么情况下呈三角形？ 5、自然界是否存在虚物和虚像？人眼能否看清虚物和虚象？为什么？ 6、实物放在凹透镜前什么位置能成倒立的放大像？为什么？是实象还是虚象？ 7、能否用作图法对单球面折射系统求物象关系？试指出它的三条典型光线与薄透镜有何异同。 讨论题（从中选择课程论文题） 1、从光的反射和折射定律出发，论证光路是可逆的。 2、以物距为横坐标，像距为纵坐标，作薄透镜的物象关系曲线，并指出各种情况下物象的性质。第四章 光学仪器的基本原理 主要内容 1、人的眼睛 2、助视仪器的放大本领 3、目镜 4、显微镜的放大本领 5、望远镜的放大本领 6、光阑、光瞳 7、光能量的传播 8、物镜的聚光本领 9、单色象差概述 10、近轴物近轴光线成象的色差 11、助视仪器的分辨本领 12、分光仪器的分辨本领 教学目的和要求 了解人眼的结构以及作用；理解和掌握放大镜、显微镜和望远镜的结构原理；理解孔径光阑、入射光瞳的概念；了解广度学中光通量、照度和亮度等基本概念。 学时数 10学时 复习思考题 1、在晚上观察远处来的汽车，在开始能分辨两个汽车的前灯时，估计汽车的前灯是多少？ 2、怎样理解用数值孔径说明光学仪器的分辨能力？ 3、用波长5cm的雷达，探测100km处的机群，若要分辨线距离为50m的两架飞机，问接收天线的口径要多大？ 讨论题（从中选择课程论文题） 收集资料，论述几何光学仪器（主要包括望远镜、显微镜、照相机等）在天文学、电子学、生物学和医学等领域中的巨大作用。第五章 光的偏振 主要内容 1、自然光与偏振光 2、平面偏振光与部分偏振光 3、光通过单轴晶体时的双折射现象 4、光在晶体中的波面 5、光在晶体中的传播方向 6、偏振元件 7、椭圆偏振光和圆偏振光 8、偏振态的实验检定 9、偏振光的干涉 教学目的和要求 熟悉单轴晶体中双折射现象，了解布儒斯特定律、斯托克斯定律；熟练掌握各种偏光器件的原理、性能和应用；了解椭圆偏振仪、偏振光干涉。 学时数 10学时 复习思考题 1、自然光投射在一对正交的偏振片上，光不能通过，如果把第三块偏振片放在它们中间，最后是否有光通过？为什么？ 2、已知光在某界面上能产生全反射，临界角是45o，为使反射光为线偏振光，入射角应是多大？ 3、证明当光束射在平行平面玻璃板上时，如果在上表面反射时发生全偏振，则折射光在下表面反射时仍将发生全偏振。 4、一般情况下晶体中的e光不遵守折射定律指的是什么？在特殊情形下e光也遵守折射定律，指的是什么情形？ 5、若入射光为线偏振光，且入射面与晶体主截面重合，则当入射光振动方向与晶体主截面平行、垂直和夹任意角时，折射光的偏振性质如何？ 讨论题（从中选择课程论文题） 1、设计一个用布儒斯特角求薄膜折射率的实验。 2、列表小结，如何用一块偏振片和一块1/4波片，从实验上区分各种偏振光。第六章 光的吸收、散射和色散 主要内容 1、测定光速的实验室方法 2、光的相速度和群速度 3、电偶极辐射对反射和折射现象的解释 4、光的吸收 5、光的散射 6、光的色散 教学目的和要求 了解测定光速的实验室方法；理解相速度和群速度的概念。了解色散和散射的经典理论，能解释色散现象。 学时数 6学时 复习思考题 1、何谓群速度？它与单色平面波的能量输运速度有何不同？ 2、何谓相速度？相速度可能大于真空中光速吗？相速度是否必是或必不是能量输运的速度？ 3、是否能流大能量输运的速度也大？ 4、光通过媒质后其强度会减弱，是否完全由媒质对光吸收所致？ 5、什么是光的色散现象？何谓正常色散和反常色散？什么情况下出现反常色散？ 6、为什么点燃的香烟冒出的烟是淡蓝色的，而吸烟者口中吐出的烟却是白色？ 7、既然眼睛对黄-绿光最为敏感，为什么危险讯号又用红色？ 8、炼钢工人凭观察炼钢炉内的颜色就可估计炉内的温度，这是根据什么原理？ 9、猎户和猎户是猎户座中最亮的两颗星，看起来前者是桔红色，后者白中略带蓝色，它们的温度比太阳高还是低第七章 光的量子性 主要内容 1、热辐射、基耳霍夫定律 2、黑体的经典辐射定律 3、普朗克辐射公式、能量子 4、光电效应 5、爱因斯坦的量子解释 6、康普顿效应 7、波粒二象性 教学目的和要求 了解量子论的发展过程，理解并掌握热辐射、光电效应、康普顿效应三个典型实验以及相关规律，认识光的波动性和量子性是统一的。 学时数 6学时 复习思考题 1、炼钢工人凭观察炼钢炉内的颜色就可估计炉内的温度，这是根据什么原理？ 2、猎户和猎户是猎户座中最亮的两颗星，看起来前者是桔红色，后者白中略带蓝色，它们的温度比太阳高还是低？ 3、光电效应实验中有哪些现象用经典理论不能解释？ 4、为什么会发生康普顿散射，康普顿散射说明什么问题？ 5、光电效应和康普顿效应都包含着电子和光子的相互作用，这两个过程有什么不同？ 讨论题（从中选择课程论文题） 单个光子是否会产生干涉？第八章 现代光学基础 主要内容 1、激光的原理 2、激光器的基本结构 3、激光的主要应用 4、全息照相 教学目的和要求 理解并掌握激光产生的原理，了解激光器的基本结构，掌握激光的基本特征；掌握几种典型的激光器和激光的应用；了解全息照相的基本原理。 学时数 学时 复习思考题 1、试说明共振激励、共振吸收、共振跃迁中“共振”的含义。受激辐射能否理解为共振辐射？受激辐射在通常情况下为什么是一种罕见的现象？ 2、受激辐射和自发辐射有什么不同？为什么普通光源中自发辐射占绝对优势？ 3、怎样实现粒子数反转？ 4、为何激光具有高度的时间相干性和空间相干性？ 6、已知制作全息片的参考光束的方向和物的位置，用此全息片重现物光波时应在什么方向寻找物的虚像？分别讨论照明光沿原参考光方向及垂直入射两种情形。 7、全息片上干涉条纹的间距大小由什么因素决定？已知物光和参考光与z轴均夹20o，问对感光片的分辨率有什么要求（感光片的分辨率通常以每毫米能分辨的线数表示） 讨论题（从中选择课程论文题） 1、比较气体激光器、固体激光器、染料激光器和自由电子激光器等各类激光器的优缺点。 2、收集资料，论述激光技术在现代科学技术领域中的应用。 3、论述全息照相的记录和再现原理参考书目 教材 光学教程 姚启钧姚启钧姚启钧姚启钧 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社 中文参考书 光学 赵凯华 北京大学出版社 光学 母国光 战元龄 人民教育出版社 光学 吴强 郭光灿 中国科技大学出版社 光学 王楚 汤俊雄 北京大学出版社 光学 梁铨廷 孔宪炎 广东高等教育出版社 光学 高文琦等 南京大学出版社 光学（中译本） Hecht. E Zajac. A 人民教育出版社 基础光学教程 吴美钧等 华中师范大学出版社 英文参考书 Principles of Optics Max.Bora; Emil.Wolf, Cambridote University Press Opti