适用课程:&光学(),普通物理实验（光学）(),工程光学(),工程光学(),非线性光学(),量子光学(),工程光学(MCTI2022),工程光学(OIST2011),光学(PHYS1004),普通物理实验（光学）(PHYS1007)【访问量：32265】
《光学》课程教学大纲&&&
课程编号： 课程类别：学科基础课程 授课对象：物理学、光信息专业 开课学期：第2学期 学&&&&分：4学分 主讲教师：罗晓琴、钱霖等 指定教材：C.&C.&Hull，《Optics》第11版，世界图文出版公司，2005年 &&&&&&&&&&宣桂鑫，光学（第2版），华东师范大学出版社，2006年。 & 教学目的：通过教学，除了使学生掌握光学的基础理论，基础知识和基本技能（包括了解光的本性和传播规律，掌握几何光学的基本概念，近轴成像的计算和成像作图法；明确有关干涉、衍射、偏振现象的一些基本原理和规律；理解光的波动性；了解光的量子性）之外，还要以光学知识的教学为载体，加强学生光学专业词汇的英文训练，使学生能用英语进行一些光学方面的交流，逐步过渡到用英语进行光学的思维。 & & 第一章&&几何光学的基本原理&(Principles&of&Geometric&optics) &&&课时：2周半，共9课时 & 教学内容 第一节&&&&&&&&几何光学基本定律（Laws&of&Geometric&optics） 一、掌握光线和波面的概念（A&light&ray&and&wave&surface） 二、掌握几何光学基本定律（光的直线传播定律、反射和折射定律）（Laws&of&Geometric&optics） 第二节&&&&&&&&光程&费马原理&(Optical&path&length&and&Fermat’s&principle) 一、掌握光程的概念(optical&path&length) 二、理解费马原理及其应用(Fermat’s&principle) 第三节&&&&&&&&棱镜和最小偏向角&全内反射和光学纤维&(Prism&and&minimum&deviation&total&reflection&and&optical&fiber) 一、掌握棱镜（主要指三棱镜）的基本知识(prism)； 二、掌握棱镜最小偏向角，并理解最小偏向角的几何光路(minimum&deviation&angle) 三、掌握全反射及其应用(total&reflection&and&optical&fiber)。 第四节&&&&&&&&同心光束和像散光束&物和像&(Monocentric&beam&and&nonmonocentric&beam,&object&and&image) 一、了解同心光束和像散光束的概念(the&concept&of&monocentric&beam&and&nonmonocentric&beam) 二、理解物和像的概念(the&concept&of&object&and&image) 第五节&&&&&&&&单球面上的傍轴成像&(Paraxial&refraction&at&a&spherical&surface) 一、掌握透镜成像的符号法则(&the&description&of&sign&convention) 二、理解傍轴成像的条件(the&condition&of&forming&image) 第六节&&&&&&&&薄透镜的成像规律&(Rules&of&image-formation&of&thin&lenses) 一、掌握傍轴成像的焦点、焦面等基本概念(the&concept&of&focal&points&and&focal&planes) 二、理解成像公式，并灵活应用(image&formulation)。 三、熟练利用作图法成像(image&construction)。 第七节&&&&&&&&理想光学系统的基点和基面&(Cardinal&points&and&cardinal&planes&of&ideal&optical&system&)& 一、深入理解共轴理想光具组基点和基面的物理意义(cardinal&points&and&planes&of&lenses) 第八节&&&&&&&&共轴球面系统组合的理论&(Theory&of&coaxial&spherical&system) &&一、理解共轴球面系统的成像规律&(imaging&rules&of&coaxial&spherical&system) 第九节&&&&&&&&空气中的厚透镜&薄透镜组&(Thick&lens&at&atmosphere、&thin&lenses&) 一、深入理解厚透镜的成像规律及其放大率&（imaging&rules&and&magnification&of&thick&lens） 第十节&&一般光具组的作图成像法和物像公式&(Graphical&construction&of&image&of&ideal&lenses&and&image&formula&) 一、熟练掌握理想光具组的作图法成像&(image&construction)。 & 思考题: 1.为什么透过茂密树叶缝隙投射到地面的阳光形成圆形光斑?你能设想在日偏食的情况下这种光斑的形状有变化吗? 2.惠更斯原理是否适用于空气中的声波?你是否期望声波也服从和声波一样的反射和折射定律? 3.若光线1,2相交于P点,经过一理想光具组后,它们的共轭光线是否一定相交? 4.凸透镜是否一定为会聚透镜? 5.一般说来,&理想光具组能保持不与光轴垂直的平面内几何图形的相似性吗?&为什么？ & 第二章&&&&&&几何光学仪器&(Principles&of&optical&instruments) 课时：2周，共8课时 & 教学内容 第一节&&&&&&&&助视仪器的放大本领&放大镜&(Magnifying&power&of&aided&visual&instruments&&Magnifying&glass&) 一、理解放大本领的概念，并灵活应用&(the&concept&of&magnifying&power)； 二、掌握放大镜的放大本领(magnifying&power&of&magnifying&glasses) 第二节&&&&&&&&惠更斯目镜和冉斯登目镜&(Huygens&eyepiece&and&Ramsden&eyepiece) 一、了解惠更斯和冉斯登目镜的构造； 二、掌握两目镜的特性(properties&of&two&eyepieces) 三、学会利用光具组知识求两目镜的焦点(&the&focal&point&of&eyepiece) 第三节&&&&&&&&显微镜的放大本领&(Magnifying&power&of&microscope) 一、了解显微镜的构造； 二、掌握显微镜的放大本领。 第四节&&&&&&&&望远镜的放大本领&(Magnifying&power&of&telescope) 一、了解开普勒和伽利略望远镜的构造，并掌握它们的构造特点； 二、掌握望远镜的放大本领； 三、了解各种望远镜的大致特点； 四、掌握激光扩束器的基本原理。 第五节&&&&&&&&光阑和光瞳&(Optical)&Stop/diaphragm&and&pupil)& 一、掌握光阑和光瞳的基本概念； 二、学会判断有效光阑、入射和出射光瞳(effective&stop,&entrance&and&exit&pupil)。 第六节&&&&&&&&光度学概要&(Outline&of&photometry-transmission&of&light&energy) 一、了解光度学的基本概念； 二、灵活应用视见函数(visibility&function) 三、了解三原色原理(&principle&of&three&color) 第七节&&&&&&&&物镜的聚光本领&(Light&gathering&power&of&objective) 一、掌握显微镜物镜的聚光本领和数值孔径(&lighting&gathering&of&microscope&and&numerical&aperture) 二、掌握望远镜的的聚光本领和相对孔径(relative&aperture)； 三、掌握照相机的聚光本领和光圈数(&F&number)。 第八节&&&&&&&&像差概述&(Aberrations) 一、了解像差的概念； 二、了解各种像差的形成原因。 & 思考题: 1．&&调节显微镜时镜筒作整体移动,而不改变筒长,&调节望远镜时,需要调节目镜和物镜的距离? 2．&&到眼镜店了解配镜验光原理，并测试自己或同学所戴的镜片的焦度，绘出验光的光路图。 3．&&结合光学实验，如何调节分光计的望远镜聚焦于无穷远？ 4．&&分析显微镜和望远镜的放大原理。 & 第三章&&&&&&光的干涉&(Interference) 课时：4周，共15课时 & 教学内容 第一节&&&&&&&&光的电磁理论&(Electromagnetic&Theory&of&Light) 一、了解光和电磁波的比较； 二、掌握光的频段和光的颜色(frequency&and&color&of&light)。 第二节&&&&&&&&波的叠加和相干条件&(Superposition&of&Wave&and&Coherent&Condition) 一、了解机械波的叠加原理(Superposition&of&Wave)； 二、掌握光波的独立性和叠加性； 三、掌握光波的相干条件和补充条件(Coherent&Condition&and&supplement)。 第三节&&&&&&&&干涉花样&干涉条纹的可见度&(Interference&Pattern、&Visibility&of&&Fringes&) 一、掌握位相差和光程差的概念(&phase&difference&and&optical&path&difference) 二、理解干涉花样的形成(interference&pattern) 三、掌握干涉条纹的可见度(visibility&of&fringes) 四、理解时间相干性和空间相干性对干涉条纹的影响。 第四节&&&&&&&&分波面双光束干涉&(Two-beam&Interference&by&Division&of&Wave&front) 一、掌握分波面干涉的概念； 二、深入理解杨氏双缝干涉、菲涅尔双面镜、洛艾镜的干涉机理及干涉条纹的特点、条纹间距等&(Young’s&experiment,&Fresnel’s&mirrors,&Loyd&mirror)。 第五节&&&&&&&&光在两种介质分界面上的反射和折射&(Fresnel&Formula&) 一、&&掌握及学会灵活应用半波损失(a&phase&change&of&π)； 二、&&了解菲涅耳公式。 第六节&&&&&&&&分振幅薄膜干涉（一）——等倾干涉条纹&(Interference&in&Thin&Film&by&Division&of&&Amplitude&A——Equal&&Inclination&Interference&) 一、掌握单色光等倾干涉的光程差，学会分析半波损失； 二、理解单色光等倾干涉的条纹特点(properties&of&equal&inclination&interference&fringes)。 第七节&&&&&&&&分振幅薄膜干涉（二）——等厚干涉条纹&(Interference&in&Thin&Film&by&Division&of&&&Amplitude&B&——Interference&of&Equal&Thickness&) 一、掌握单色光等厚干涉的光程差，学会分析半波损失； 二、理解单色光等厚干涉的条纹特点(properties&of&equal&thickness&interference&fringes)； 三、理解薄膜色的形成(formation&of&thin&film&color)。 第八节&&&&&&&&迈克耳逊干涉仪的基本原理&(Michelson&Interferometer) 一、掌握迈克耳逊干涉仪的仪器构造、光路走向、光程的计算； 二、深入理解迈克耳逊干涉的条纹特点(properties&of&Michelson&interference&fringes) 三、掌握迈克耳逊干涉的应用(application&of&Michelson&interference)。 第九节&&&&&&&&法布里-珀罗干涉仪&多光束干涉&(Fabry-Perot&Interferometer&&Multiple&Beams&Interference) 一、掌握多光束干涉的光强公式获得； 二、掌握法布里-珀罗干涉仪的干涉机理及条纹特点。 第十节&&&&&&&&干涉现象的若干应用&牛顿环&(Applications&of&Interference&phenomenon&&&&Newton’s&Rings) 一、理解用干涉条纹来检验工件表面的平整度及膨胀仪的膨胀率等(Applications&of&interence&phenomenon) 二、熟练掌握牛顿环的干涉机理、条纹特点、半波损失分析等(Newton’s&rings) & 思考题: 1、在许多分波前干涉装置中,我们发现条纹不是等亮的。亮纹的强度似乎受某种因子所调制而有一种缓慢的起伏.试解释这种现象. 2、可以采用什么方法来检验精密机械零件表面的光洁度? 3、在傍轴条件下,&等倾干涉条纹的半径与干涉级数有怎样的依赖关系?牛顿环的情况怎样?二者有区别吗? 4、在迈克耳孙干涉仪的调节中,(1)当反射镜M1平移时,如何判断等效的空气层在增厚还是减薄?&&&&(2)当你看到直线条纹时,怎样判断等效的空气层哪边厚哪边薄? 5、&&多光束干涉与双光束干涉相比,二者在处理方法和强度分布方面有什么共同和不同之处?干涉条纹各有什么特点? & 第四章&&&&&&光的衍射&(Diffraction) 课时：3周，共13课时 & 教学内容 第一节&&&&&&&&光的衍射现象&(Diffraction&Phenomena) 一、掌握衍射的概念； 二、了解常见的衍射现象(diffraction&phenomena)&。 第二节&&&&&&&&惠更斯-菲涅尔原理&(Huygens-Fresnel’s&Assumptions) 一、掌握惠更斯-菲涅尔原理(Huygens-Fresnel’s&Assumptions) 二、掌握菲涅尔和夫琅和费衍射的区分 第三节&&&&&&&&菲涅尔半波带&(Fresnel&Zones) 一、理解菲涅尔半波带法计算轴上观察点处的振幅(Fresnel&zone) 二、学会利用菲涅尔半波带法判断考查点的明暗情况。 第四节&&&&&&&&菲涅尔圆孔和圆屏衍射&(Fresnel&Diffraction(Circular&Aperture&and&Opaque&&&&&&&&&&&&&&&&&Circular&Disc) 一、掌握圆孔衍射和圆屏衍射中波带数、考察点振幅的求法及矢量图解法； 二、理解菲涅尔波带片的构成原理 第五节&&&&&&&&菲涅尔波带片&(Fresnel&Zone&Plate) 一、理解菲涅尔波带片的构成原理 二&理解菲涅尔波带法成像与透镜成像的联系与区别。 第六节&&&&&&&&夫琅和费单缝衍射&(Fraunhofer&Diffraction&at&Single&Slit)& 一、熟悉夫琅和费单缝衍射装置和现象； 二、掌握单缝衍射的强度公式； 三、掌握条纹特点，并学会分析影响衍射条纹的因素 四、理解单缝衍射因子的特点。 第七节&&&&&&&&夫琅和费圆孔衍射&(Fraunhofer&Diffraction&at&Circular&Aperture) 一、掌握艾里斑角半径的公式。 第八节&&&&&&&&夫琅和费双缝衍射&(Fraunhofer&Diffraction&at&Double&Slit) 一、掌握双缝衍射的强度公式； 二、掌握条纹特点，学会分析干涉和衍射的关系。 第九节&&&&&&&&平面衍射光栅&&(Plane&Diffraction&Grating) 一、掌握衍射强度公式和条纹特点； 二、深入理解缺级现象及角色散、线色散、半角宽度等； 三、了解闪耀光栅的形成。 第十节&&&&&&&&X射线衍射概述&(Diffraction&of&X&rays&through&Crystal) 一、了解X射线衍射光斑的衍射机理； 二、掌握布拉格公式。 第十一节&成像仪器的像分辨本领&(Resolving&power&of&vision-aided&instruments) 一、掌握分辨本领的概念； 二、深入理解瑞利判据； 三、熟练掌握人眼、望远镜和显微镜的分辨本领。 第十二节&&分光仪器的色分辨本领&(Resolving&power&of&spectrographic&devices) 一、熟练掌握三棱镜和光栅的分辨本领及角色散、线色散，并灵活应用。 & 思考题: 1、为什么做菲涅尔衍射实验时，光源与接收屏要放得相对远？为什么放近了不易看到衍射条纹？ 2、为什么dsin&是缝间干涉因子的主极强条件,而bsin&却是单缝衍射的暗纹条件? 3、菲涅尔波带片的“物点”和“像点”之间是否有等光程？ 4、N缝衍射装置中入射光能流比单缝大N倍,而主极强却大N2倍,这违反能量守恒吗? 5、为了提高光栅的色散本领和色分辨本领,既要求光栅刻线很密(即d小),又要求刻线总数很多(即N大).&怎样理解N增大并不能提高光栅的色散本领?&怎样理解d减小时虽然扩大两条谱线的角间隔,却不能提高光栅的色分辨本领? & 第五章&&&&&&光的偏振&(Polarization) 课时：3周，共12课时 & 教学内容 第一节&&&&&&&&偏振光和自然光&偏振度&(polarized&light&and&natural&light、degree&of&polarization) 一、掌握偏振态的概念及其分类； 二、掌握线偏振光的振动状态及偏振度公式。 第二节&&&&&&&&由反射和折射获得偏振光&布儒斯特定律(polarization&by&reflection&and&refraction、Brewster’s&law&) 一、了解反射和折射光的偏振特性； 二、掌握布儒斯特定律。 第三节&&&&&&&&单轴晶体的双折射&(double&refraction&in&uniaxial&crystal) 一、理解双折射现象，非常光和寻常光的概念； 二、掌握非常光和寻常光的光强公式及矢量分解图。 第四节&&&&&&&&用波面的概念解释双折射现象&(Huygen’s&explanation&of&double&refraction&by&wavefront) 一、掌握非常光和寻常光的波面； 二、灵活运用非常光和寻常光的波面做图求非常光和寻常光的传播方向。 第五节&&&&&&&&偏振棱镜和偏振片&马吕斯定律&(polarization&prism&and&analyser&&&Malus&law) 一、理解尼科尔棱镜、沃拉斯顿棱镜和偏振片的构成机理； 二、熟练掌握沃拉斯顿棱镜图解法求光的振动和传播方向。 第六节&&&&&&&&椭圆偏振光和圆偏振光&波片&(elliptically&and&circularly&polarized&light&&wave&plate) 一、掌握椭圆偏振光和圆偏振光的振动态的描述及获得方式； 二、理解半波片和1/4波片； 三、熟练掌握椭圆偏振光和圆偏振光的产生装置和矢量分解。 第七节&&&&&&&&偏振光的分析和检验&(detection&of&the&state&of&polarization) 一、掌握偏振态的检验。 第八节&&&&&&&&平行的线偏振光的干涉&(interference&of&polarized&light) 一、掌握偏振光干涉实验装置，干涉光强公式及其位相关系； 二、学会分析干涉矢量分解图； 三、了解显色偏振。 & 思考题: 1、当单轴晶体的光轴与表面呈一定角度时,一束与光轴方向平行的光入射到晶体表面之内时,它是否会发生双折射? 2、&&分析渥拉斯顿棱镜中双折射光线的传播方向和振动方向. 3、&&在一对正交的偏振片之间放一块四分之一波片,以自然光入射. (1)转动四分之一波片的光轴方向时,出射光的强度怎样变化?有无消光现象? (2)如果有强度极大和消光现象,它们在四分之一波片的光轴处于什么方向时出现?这时从四分之一波片出射光的偏振态如何? 4、&&如何区分自然光和圆偏振光?&如何区分部分偏振光和椭圆偏振光? 5、&&在偏振光干涉装置中,其分光束的器件是什么?&其分割光束的方式是分波前还是分振幅? 6、当线偏振光正入射到菲涅耳复合棱镜中时,&分析线偏振光分解成的左旋圆偏振光和右圆偏振光传播方向分开的原因. & 第六章&&&&&&光的吸收、散射和色散&(Absorption、scattering&and&dispersion&of&light) 课时：半周，共2课时 & 教学内容 第一节&&&&&&&&吸收定律&(Absorption&of&light) 一、了解光的吸收概念； 二、理解一般吸收和选择吸收； 三、掌握朗伯定律。 第二节&&&&&&&&瑞利散射(Scattering&of&light) 一、了解光的散射含义； 二、掌握瑞利散射定律。 第三节&&&&&&&&正常色散和反常色散(Dispersion) 一、理解正常色散和反常色散； 二、掌握柯西色散公式。 第四节&&&&&&&&光的相速度和群速度(phase&velocity&and&group&velocity) 第五节&&&&&&&&& 一、了解测定光速的发展史； 二、掌握相速度和群速度。 & 思考题: 1、为什么由点燃的香烟冒出的烟是淡蓝的?而吸烟者口中吐出的烟却呈白色? 2、汽车上的雾灯为什么选用桔红色? & 第七章&&&&&&光的量子性&(Quantum&Optics) 课时：1周半，共6课时 & 教学内容 第一节&&&&&&&&单色辐出比和吸收比&基尔霍夫定律&(Monochromatic&radiant&exitance&and&absorptance、Kirchhoff’s&law) 一、了解辐射基本概念； 二、掌握基尔霍夫定律。 第二节&&&&&&&&维恩公式和瑞利-金斯公式&(Wien’s&formula&and&Rayleigh-Jeans’s&formula) 一、掌握黑体的概念； 二&深入理解黑体辐射的经典定律及其局限性。 第三节&&&&&&&&普朗克量子理论&能量子假说&(Planck&radiation&formula&&&energy&&quanta) 一、掌握能量子假说及其解释。 第四节&&&&&&&&光电效应&光子&(Photo-electric&effect、&photonics) 一、掌握光电效应的实验装置； 二、深入理解光电效应的实验规律及其量子解释； 三、掌握密立根实验； 四、掌握光子的动量、能量公式。 第五节&&&&&&&&康普顿效应&(Compton&effect) 一、理解康普顿效应的实验结论及量子解释； 二、掌握康普顿波长公式。 第六节&&&&&&&&波粒二象性&(wave-corpuscle&duality) 一、了解戴维孙-革末实验装置； 二&掌握德布罗意波长。 思考题: 1.一块金属在1100K发出红色的光辉,而此同样温度下,一块石英毫不发光.这是为什么? 2.估计一下人体热辐射最强的波长,若人眼对此波长的灵敏度与对绿光差不多,会发生怎样的情况? & 第八章&&&&&&现代光学基础&(Fundamentals&of&Modern&Optics) 课时：1周，共3课时 & 教学内容 第一节&&&&&&&&原子发光机理&(principle&of&atomic&lightening) 一、了解原子发光机理。 第二节&&&&&&&&光和原子相互作用&(Interaction&between&light&and&atom) 一、了解吸收、自发辐射和受激辐射的物理含义及其关系。 第三节&&&&&&&&光放大&粒子数反转&(Population&inversion) 一、了解光放大的产生机理； 二、掌握粒子数反转的实现条件。 第四节&&&&&&&&光振荡(light&generation&) 一、了解光学谐振腔的原理； 二、掌握光振荡的阈值条件。 第五节&&&&&&&&激光的单色性&纵模&(monochromaticity&of&laser) 一、了解谱线增宽机制； 二&了解谐振腔的选频和纵模。 第六节&&&&&&&&激光的相干性&(coherence&of&laser&) 一、了解激光的相干长度和横模。 第七节&&&&&&&&激光的种类&(types&of&lasers) 一、了解激光器的种类及其特点。 第八节&&&&&&&&全息照相&(Holography) 一、了解全息照相的实验装置、干涉光强及其应用 第九节&&&&&&&&光盘存储技术 一、了解光盘的读写机理。 & 教材： 1、《光学》（第二版），宣桂鑫著，华东师范大学出版社&2006年7月 2、Optics,&M.H.Freeman,&C.&C.&Hull,&世界图文出版公司 参考书： 1、《光学》上、下册&赵凯华、钟锡华&&北京大学出版社&&1984年1月 2、《普通物理·光学》王正清、吴美钧&&高等教育出版社&&1991年5月&& 3、《光学》张阜权、孙荣山、唐伟国&&北京师范大学出版&&1985年5月 4、《光学》母国光、战元令&&人民教育出版社&&1978年9月 5、《光学》，易明，高等教育出版社，1999年10月 6、《光学》，章志鸣&沈元华等，高等教育出版社，1995年5月 7、《光学》，王楚&汤俊雄，北京大学出版社，2001年7月 & 8、《光学解题指导》钟锡华、骆武刚&&电子工业出版社&&1984年2月 9、《光学》（理论和习题）[美]尤金·赫克特、曾贻伟等译&&北京师范大学出版社&&1983年6月 10、Principles&of&Optics，&MAXBORN，&EMIL&WOLF，&Pergamon&press，&6th&Edi，&1980&. 11、Fundamentals&of&optics，&Jenkins&F.&A，White&H.&E.，MeGraw－Hi，&New&York，&1976. 12、Optics，&Smith.&F.&G.&and&Thomson，J.&H.&John&Wiley&1975.扫二维码下载作业帮
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色散与散色的区别
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色散是指光在通过三棱镜时分散成红橙黄绿蓝青紫各色；散色是指光子与空气分子等相撞散向个处,我们在白天能看到东西就是因为光的散色,在宇宙中没有空气,也就没有光的散色,所以亮的地方特别亮,暗的地方伸手不见五指
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