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教学大纲
授课对象: 南京大学物理系,天文系,材料系,强化部等理科系
二年级本科生
讲课内容:第一章 导论,第二章 几何光学,第三章 光的干涉,第四章 光的衍射, 第五章光的偏振,第六章 近代光学简介
在课程的相应阶段安排学生观看三次光学演示实验,分别为几何光学;干涉和衍射;偏振以及近代光学现象。
要求同学自选课程小论文题目,指导他们查询相关资料,确定研究方案,讨论理论或实验研究思路,学习科学论文的撰写格式,论文成绩计入课程期终成绩。
要求:通过一学期学习,基本掌握经典光学即几何光学和波动光学的基本概念和基本理论,掌握解决经典光学问题的基本原理和方法。
课程总学时: 60学时
内容 学时数
第一章 导论 2
1-1光学简史 1
1-1-1古代光学
1-1-2 经典光学
1-1-3 近现代光学
1-2 光学的研究分支及内容
1-3 光的基本特性 1
1-3-1 Maxwell 电磁波理论
1-3-2 光波的传播性质
1-3-3 光波的数学表示
1-3-4 光的其它特性
第二章 几何光学 12
2-1几何光学基本定律 1
2-1-1几何光学三定律
2-1-2 棱镜与色散
2-2 Fermat原理 1.5
2-2-1 Fermat原理的表述
2-2-2 用Fermat原理推导几何光学三定律
2-2-3光传播的可逆性原理
2-3 成像的基本概念 1
2-3-1光线和光束、物像的共轭关系
2-3-2 物像的虚实
2-3-3 物空间和像空间
2-4 单个球面的近轴成像 1.5
2-4-1 符号规则
2-4-2 单个球面的折射成像
2-4-3 单个球面的反射成像
2-4-4 球面折射成像的三种放大率
2-5 共轴球面系统的近轴成像 3
2-5-1共轴球面系统的Lagrange-Helmholtz定理
2-5-2 共轴球面系统的基点
2-5-3 共轴球面系统的的近轴成像求解
2-5-4 共轴球面成像系统的基点的确定
2-5-5 共轴球面组合系统的放大率
2-6光阑 1
2-6-1光学成像系统的孔径光阑和视场光阑
2-6-2 光瞳
2-6-3 主光线和边缘光线
2-7 常用光学仪器简介 1.5
内容 学时数
2-7-1 眼睛
2-7-2 放大镜
2-7-3 投影仪
2-7-4照相机
2-7-5显微镜
2-7-6 望远镜
2-7-7 目镜
2-8透镜的像差 1.5
2-8-1 像差的基本概念
2-8-2 球差
2-8-3 慧差
2-8-4 像散(Astigmatism)和场曲
2-8-5 畸变
2-8-6 色差
安排观看一次光学演示实验 2
第三章 光的干涉 12
3-1 光的干涉现象
3-2 光波的迭加 0.5
线性迭加原理
两光波迭加的强度
3-3 Young 干涉 2
(1) 观察点的光强
(2) 光强的分布
(3) 观察屏上干涉条纹的分布
(4) 条纹对比度
3-4 光的相干性 1.5
3-4-1 光源的发光机制
3-4-2 时间相干性
3-4-3 空间相干性
3-5 实现干涉的方法 2
3-5-1 波前分割法
3-5-2 振幅分割法—薄膜干涉
1. 薄膜表面的反射和折射
2.薄膜干涉的规律
3.等倾干涉--- 膜厚 恒定
4.等厚干涉--- 倾角恒定
3-6 Michelson 干涉仪 1.5
3-6-1 Michelson 干涉仪的构造和光路
3-6-2 Michelson 干涉仪的干涉条纹
3-6-3 其它的振幅分割干涉仪
内容 学时数
3-7 多光束干涉 2.5
3-7-1 多光束干涉的原理
1 两平行表面多次透射和反射光束的干涉
2.透射光的干涉
3.反射光的干涉
3-7-2 Fabry-Perot 干涉仪
3-7-3 Fabry-Perot 干涉仪的自由光谱程和色分辨本领
1.自由光谱程
2. 分辨本领
3-8干涉的一些应用 2
3-8-1 Fourier 变换光谱仪
3-8-2 全息
3-8-3 光学薄膜
3-8-4 激光器的谐振腔
3-8-5 干涉计量
第四章 光的衍射 12
4-1光的衍射现象
4-2衍射的分类 0.5
4-3 Huygens-Fresnel 原理 1.5
4-3-1 Huygens 子波原理
4-3-2 Fresnel 子波迭加原理
4-4 Frenel衍射 3
4-4-1 Huygens-Fresnel 原理的数学表示
4-4-2 半周期带和振幅矢量图
1. 半周期带
2. 振幅矢量图
4-4-3 圆孔和圆屏的衍射
1.圆孔的衍射
2. 圆屏的衍射
4-4-4 Babinet 原理
4-4-5 Fresnel 波带板(Zone Plate)
(1) 原理
(2) 波带板的参数
4-5 Fruanhofer 衍射 2.5
4-5-1 单缝衍射
1. 单缝衍射的规律
2. 单缝衍射的强度分布
4-5-2 圆孔衍射
4-5-2 Fraunhofer 衍射的位置的讨论
4-6 成像系统的分辨本领 1
4-6-1 望远镜的分辨本领
4-6-2 显微镜的分辨本领
4-7 衍射光栅 3
内容 学时数
4-7-1 光栅的结构和衍射
4-7-2 正入射照明时光栅的衍射强度
4-7-3衍射强度分布的规律
4-7-4光栅的应用----光谱分析
. 色散率
2. 色分辨本领
3. 自由光谱程
4. 栅原理在物质结构分析中的运用
4-7-5光栅的进一步讨论 0.5
1. 斜入射时的光栅方程
2. 反射光栅的光栅方程
安排一次观看光学演示实验----光的干涉和衍射 2
第五章 光的偏振 12
5-1光的偏振概念 1
5-1-1波的振动形式
5-1-2 光的偏振特性
5-1-3 完全偏振光
1.直线偏振光
2.圆偏振光
3.椭圆偏振光
5-1-4 完全非偏振光(自然光)
5-1-4部分偏振光
5-2偏振光的数学表示 0.5
5-3偏振光的强度 0.5
5-3-1 偏振器
5-3-2 Malus 定律
5-4 反射和折射产生偏振光 1.5
5-4-1 分界面上振动的分配比例----Fresnel 公式
5-4-2 反射和折射产生的偏振
5-5 选择性吸收产生偏振光---物质的二向色性 0.5
5-5-1 线形导线光栅
5-5-2 二向色性晶体
5-5-3 人造偏振片
5-6 散射产生偏振光 0.5
5-6-1 光的散射
5-6-2 散射光的偏振
5-7 双折射(Double refraction) 2.5
5-7-1 晶体中的双折射现象
5-7-2 单轴晶体中的双折射
1. o光和e光的子波面
2. o光和e光的传播----Huygens子波作图法
3. o光和e光的相对光强
内容 学时数
4.
5-7-3双折射偏振器
1. Nicol棱镜
2. Glan-Thompson棱镜
3. Wollaston棱镜
5-8 位相延迟器 1
5-8-1 波片的位相延迟
5-8-2 全波片
5-8-3 半波片
5-8-4 四分之一波片
5-8-4 可变位相延迟板
5-9 确定光波偏振状态的方法 0.5
5-10 偏振光的干涉----干涉色 1
1. 偏振光干涉实验
2. 偏振光干涉的规律
5-11 旋光性 1
1. 旋光现象
2. 旋光现象的解释
5-12 感应光效应 1.5
1. 机械感应---光弹效应
2. 电感应---电光效应
3. 磁光效应(Magneto-optical effect)---Faraday 效应
4. 液晶
第六章 近代光学简介 6
6-1 光的量子论
6-2 光信息处理和全息
6-3光的非线性现象
安排一次观看光学演示实验----光的偏振、近代光学现象 2
期末总结、复习和考试