光学是一门古老的学科，继力学、热学、电磁学之后的第四门理科类专业基础课，是理科学生的一门必修课，适合物理学及相关专业二年级学生。其内容多、涉及面广，主要内容包括光的干涉、衍射、偏振及几何光学。从知识结构上说，它又体现了经典物理与近代物理之间的内在联系以及思维与方法的飞跃，因此作为当代大学教学，光学是近代物理教学的基础，也是培养创新人才的基础。所以，本课程作为理科的重要基础课，要让学生通过光学课的学习充分了解光学的基本现象、牢固建立清晰的物理图像、深入掌握光学的基本概念和基本规律、基本了解近代光学中的一些基本概念和当前前沿科研课题的一些研究现状、切实提高独立分析和解决光学问题的能力。既要让学生为相应后继课程(比如:激光原理与技术、非线性光学、量子光学、信息光学、光谱学等)的学习打好知识基础，又要为学生毕业后从事与物理学、尤其与光学有关的科学研究、教学及相关工作做好必要的理论和实验知识的准备。光学课程的重点内容是相干条件、相干光强的求解、杨氏干涉、等倾干涉、等厚干涉、劈尖干涉、牛顿环干涉、迈克尔逊干涉、菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射、衍射光栅、光学仪器、五种偏振态及其转换等。光学课程的学习难点分别是:几何光学中的成像的基本概念时空相干性和偏振光的干涉，晶体光学中的双折射。本课程课堂教学64学时，实验教学16学时，共计80课时。
绪论
【教学目的】通过本章学习，了解光学研究的主要内容及发展简况。
【教学重点与难点】本章重点是光学研究内容，难点是光学的实际应用。
【教学内容】
第一节 引 言
1.光学的研究内容
2.光学的研究方法
第二节 光学发展简史
1.萌芽时期
2.几何光学时期
3.波动光学时期
4.量子光学时期
5.现代光学时期
第一章 光的干涉
【教学目的】通过本章学习，了解迈克耳孙干涉仪和法布里—珀罗干涉仪的原理及其应用及多光束干涉的特点；光波的时间相干性和空间相干性；理解光的相干条件；光程的概念；掌握分波阵双光束干涉的特点；等倾干涉和等厚干涉的基本概念以及应用；具体要求如下：
（1）介绍光的干涉现象，阐明光波的时空特性及其表达式，分析光波的叠加性和相干性的物理图象，突出相干条件及其实现的方法，掌握光程差这个重要概念；（2）以杨氏双缝干涉为重点，分析双光束干涉形成的条件以及光强分布的特征；（3）从实验引出半波损失的概念，讲述其物理意义，分析薄膜干涉的规律；（4）讲述等倾干涉和等厚干涉的区别，阐明等厚干涉（以尖劈，牛顿环为例）的规律及其应用，介绍增透膜的作用；（5）介绍迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪的构造和原理，突出多光束干涉光强分布的特点。
【教学重点与难点】本章重点是光的相干条件、杨氏双缝干涉、等倾干涉、等厚干涉、迈克耳逊干涉、牛顿环干涉，难点是等倾干涉和等厚干涉。
【创新创业点】巧妙运用等效法分析迈克耳逊干涉。
【教学内容】
第一节 波动的独立性、叠加性和相干性
1.电磁波的传播速度和折射率
2.光的强度
3.机械波的独立性和叠加性
4.干涉现象是波动的特性
5.相干与不相干叠加
第二节 由单色波叠加所形成的干涉花样
1.相位差和光程差
2.干涉图样的形成
* 第三节 分波面双光束干涉
1.光源和机械波源的区别
2.获得稳定干涉图样的条件 典型的干涉实验
第四节 干涉条纹的可见度 光波的时间相性和空间相干性
1.干涉条纹的可见度
2.光源的非单色性对干涉条纹的影响
3.时间相干性
4.光源的线度对干涉条纹的影响
5.空间相干性
第五节 菲涅耳公式
1.菲涅耳公式
2.半波损失的解释
* 第六节 分振幅薄膜干涉（一）----等倾干涉
1.单色点光源引起的干涉现象
2.单色发光平面引起的等倾干涉条纹
* 第七节 分振幅薄膜干涉（二）----等厚干涉
1.单色点光源引起的等厚干涉条纹
2.薄层色
* 第八节 迈克耳逊干涉仪
1.基本原理
2.迈克耳逊干涉仪的应用
*第九节 法布里-珀罗干涉仪 多光束干涉
1.法布里-珀罗干涉仪
2.多光束干涉
第十节 干涉现象的一些应用 牛顿环
1.检查光学元件的表面
2.镀膜光学元件
3.测量长度的微小改变
4.牛顿环
第二章 光的衍射
【教学目的】通过本章学习，了解菲涅耳积分表达式、菲涅耳圆孔衍射和环状波带片的特点；理解惠更斯—菲涅耳原理、夫琅禾费圆孔衍射的现象；掌握菲涅耳半波带、夫琅禾费圆孔衍射光强公式、夫琅禾费单缝衍射的现象和光强公式及光栅衍射的现象和光强公式；
【教学重点与难点】本章重点是夫琅禾费单缝衍射、夫琅禾费圆孔衍射、平面衍射光栅，难点是夫琅禾费单缝衍射、平面衍射光栅。
【创新创业点】巧妙运用类比法，分析矩孔的衍射光强和任意形状方阵的夫朗和费衍射光强。
【教学内容】
第一节 惠更斯--菲涅尔原理
1.光的衍射现象
2.惠更斯原理
3.惠更斯-菲涅耳原理
第二节 菲涅尔半波带 菲涅尔衍射
1.菲涅尔半波带
2.合振幅的计算
3.圆孔的菲涅耳衍射
4.圆屏的菲涅耳衍射
5.波带片
* 第三节 夫琅禾费单缝衍射
1.实验装置与衍射图样的特点
2.强度的计算
3.衍射图样的光强分布
4.单缝衍射图样的特点
第四节 夫琅禾费圆孔衍射
1.实验装置与衍射图样的特点
2.强度的计算
3.衍射图样的光强分布
* 第五节 平面衍射光栅
1.实验装置和现象的定性解释
2.光栅衍射的强度分布
3.双缝衍射
4.干涉和衍射的区别和联系
5.光栅方程
6.谱线的半角宽度
7.谱线的缺级
8.光栅光谱
9.闪耀光栅
第六节 晶体对x射线的衍射
1.布拉格方程
2.实验方法
第三章 几何光学的基本原理
【教学目的】通过本章学习，了解光线、实象、虚象和虚物的概念；一般理想光具组的作图求像法；理解费马原理；基点、基面的物理意义；掌握费马原理导出反射定律；新笛卡尔符号法则；平面的反射和折射成像物像公式；薄透镜的物象公式；任意光线的作图法。
【教学重点与难点】本章重点是光在球面上的反射和折射、近轴物近轴光线成象的条件，难点是光在球面上的反射和折射、近轴物近轴光线成象的条件及共轴理想光具组的基点和基面。
【教学内容】
第一节 几个基本概念和定律 费马原理
1.光线与波面
2.几何光学的基本实验定律
3.费马原理
4.单心光束 实像和虚像
5.实物、实像、虚像的概念
第二节 光在平面界面上的反射和折射 光导纤维
1.光在平面上的反射
2.光束单心性的破坏
3.全反射 光导纤维
4.棱镜
* 第三节 光在球面上的反射和折射
1.符号法则
2.球面反射对光束单心性的破坏
3.近轴光线条件下球面反射的物像公式
4.球面折射对光束单心性的破坏
5.近轴光线条件下球面折射的物像公式
6.高斯公式和牛顿公式
第四节 光连续在几个球面上的折射 虚物的概念
1.光轴光具组
2.逐个球面成像法
3.虚物的概念
第五节 薄透镜
1.近轴条件下薄透镜的成像公式
2.横向放大率
3.薄透镜的作图求像法
* 第六节 近轴物近轴光线成象的条件
1.近轴物在近轴光线条件下球面反射的成像公式
2.近轴物在近轴光线条件下球面折射的成像公式
*第七节 共轴理想光具组的基点和基面
1.厚透镜的物像公式和基点、基面
2.复合光具组的基点、基面和物像公式
第四章 光学仪器的基本原理
【教学目的】通过本章学习，了解光学仪器的聚光本领；数值孔径和相对孔径的意义；光度学中的辐射通量、视见函数、光通量、亮度和照度的概念；理解两像点分辨的瑞利判据；掌握光学仪器的放大本领和分辨本领的概念；象差概论中的球差和色差及其矫正方法；多光束干涉的特点；光学仪器的放大本领和分辨本领的概念；象差概论中的球差和色差及其矫正方法；多光束干涉的特点；
【教学重点与难点】本章重点是助视仪的放大本领、目镜、显微镜的放大本领、望远镜的放大本、光阑、光瞳、助视仪器的分辨本领及分光仪器的分辨本领，难点是光阑、光瞳、助视仪器的分辨本领及分光仪器的分辨本领。
【教学内容】
第一节 人的眼睛
1.人眼的结构
2.简化眼睛
3.人眼的调节功能
第二节 助视仪的放大本领
1.放大本领的概念
2.放大镜
第三节 目镜
1.目镜的作用
2.两种目镜
第四节 显微镜的放大本领
1.显微镜的光路图
2.显微镜的放大本领
第五节 望远镜的放大本领
1.开普勒望远镜
2.伽利略望远镜
3.反射式望远镜
* 第六节 光阑 光瞳
1.光阑的概念
2.有效光阑和光瞳
3.有效光阑和光瞳的计算
4.视场光阑、入射窗和出射窗
第七节 光能量的传播
1.辐射通量
2.光视效率
3.光通量
4.发光强度
5.照度
6.亮度
第八节 物镜的聚光本领
1.光源在较近距离的聚光本领 数值孔径
2.显微镜的聚光本领
3.光源距离较远时聚光本领 相对孔径
4.照相机的聚光本领
第九节 相差概述
1.像差的概念
2.球差
* 第十节 助视仪器的分辨本领
1.分辨本领
2.人眼的分辨本领
3.望远镜物镜的分辨本领
4.显微镜物镜的分辨本领
* 第十一节 分光仪器的分辨本领
1.棱镜光谱仪
2.光栅光谱仪
第五章 光学的偏振
【教学目的】通过本章学习，了解偏振光的特点；理解1/4波片的作用、自然光、平面偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的概念；掌握布儒斯特定律和马吕斯定律；惠更斯作图法，并能够说明光在晶体中传播的规律；平面偏振光干涉的强度分布公式及各种偏振光的检定方法；
【教学重点与难点】本章重点是自然光与偏振光的定义、光通过单轴晶体时的双折射现象、偏振器件、椭圆偏振光和圆偏振光、偏振态的实验检定及偏振光的干涉；难点是光通过单轴晶体时的双折射现象、光在晶体中的波面、偏振器件、偏振光的干涉及偏振态的矩阵表述、琼斯矢量和琼斯矩阵。
【教学内容】
第一节 自然光与偏振光
1.光的偏振性
2.自然光与偏振光
第二节 线偏振光与部分偏振光
1.由二向色性产生的线偏振光
2.反射光的偏振态
3.投射光的偏振态
* 第三节 光通过单轴晶体时的双折射现象
1.双折射现象
2.光轴、主平面与主截面
3.o光和e光的相对光强
*第四节 光在晶体中的波面
1.光在单轴晶体内双折射现象的解释。
2.单轴晶体的分类
第五节 光在晶体中的传播方向
1.单轴晶体内o光与e光的传播方向
2.单轴晶体的主折射率
* 第六节 偏振器件
1.尼科耳棱镜
2.沃拉斯顿棱镜
3.波片
第七节 椭圆偏振光和圆偏振光
1.椭圆偏振光和圆偏振光的描述
2.椭圆偏振光和圆偏振光的获得
3.自然光改造成椭圆偏振光或圆偏振光
第八节 偏振态的实验检定
1.线偏振光的检验
2.圆偏振光和椭圆偏振光的检验
3.补偿器
* 第九节 偏振光的干涉
1.偏振光干涉的实验装置
2.线偏振光干涉的强度分布
3.会聚的线偏振光的干涉
第十节 场致双折射现象及其应用
1.应力光学效应--光弹性效应
2.电光效应
3.磁光克尔效应
* 第十一节 旋光效应
1.旋光现象
2.旋光现象的解释
3.磁致旋光效应
*第十二节 偏振态的矩阵表述 琼斯矢量和琼斯矩阵
1.琼斯矢量
2.几种偏振态的琼斯矢量
3.正交偏振
4.琼斯表示法的应用
第六章 光的吸收、散射和色散
【教学目的】通过本章学习，了解光的吸收、散射和色散；能对一些光的吸收、散射和色散的现象进行解释；
【教学重点与难点】本章重点是光的吸收、散射和色散；难点是光的散射和色散。
【教学内容】
第一节 电偶极辐射对反射和折射现象的解释
1.电偶极辐射
2.电偶极辐射对反射和折射现象的初步解释
第二节 光的吸收
1.一般吸收和选择吸收
2.朗伯定律
3.吸收光谱
* 第三节 光的散射
1.非均匀介质散射的经典图像
2.散射和反射、漫反射和衍射的区别
3.瑞利散射
4.散射的偏振性
5.散射的强度
6.分子散射
*第四节 光的色散
1.色散的特点
2.正交棱镜观察法
第七章 光学的量子性
【教学目的】通过本章学习，了解一、二种经典的和近代的测量光速的方法；了解相速度和群速度的概念；黑体的概念及黑体辐射； 理解光的波粒二象性；掌握光的量子性及其实验证据—光电效应和康普顿效应；
【教学重点与难点】本章重点是普朗克辐射公式、光电效应、爱因斯坦的量子解释、康普顿效应、德布罗意波；难点是普朗克辐射公式、康普顿效应。
【教学内容】
第一节 光速 “米”的定义
1.光速的实验室测定
2.长度单位“米”的定义
3.光的相对速度和群速度
第二节 经典辐射定律
1.热辐射、基尔霍夫定律
2.黑体辐射
3.黑体的经典辐射定律及其困难
* 第三节 普朗克辐射公式
1.能量子的假说
2.宇宙辐射背景
第四节 光电效应
1.光电效应及其实验规律
2.光电效应与波动理论的矛盾
第五节 爱因斯坦的量子解释
1.爱因斯坦的光子假设及其光电方程
2.对光电效应的量子解释
3.遏止电压与入射光频率的关系
4.光子的质量和动量
5.光压
6.光镊
* 第六节 康普顿效应
1.康普顿效应的定义
2.康普顿效应的解释
3.康普顿效应的数学公式
第七节 德布罗意波 波粒二象性
1.德布罗意波的定义及验证
2.波粒二象性
第八章 现代光学基础
【教学目的】通过本章学习，了解亚稳态能级，受激发射光激励，粒子数反转和光振荡等概念；全息照相的特点；掌握全息照相的原理；
【教学重点与难点】本章重点是光与物质相互作用、激光原理、激光特性及激光器的种类；难点是非线性光学、信息存储技术。
【教学内容】
第一节 光与物质相互作用
1.原子发光机理
2.爱因斯坦关于受激辐射的预言
第二节 激光原理
1.粒子数（布居）反转
2.实现粒子数反转的物质
3.光学谐振腔
第三节 激光特性
1.谱线宽度
2.激光的单色性
3.激光的相干性
第四节 激光器的种类
1.气体激光器
2.固体激光器
3.液体激光器
4.半导体激光器
5.自由电子激光器
*第五节 非线性光学
1.线性光学与非线性光学
2.二阶非线性光学过程
3.三阶非线性光学过程
