《物理光学》课程教学大纲
课程编号：55050545适用专业：电子科学与技术（光电工程与光通信）、
光信息科学与技术
学时数：72（讲课68，上机4）学分数：4.5
先修课程：高等数学、大学物理
考核方式：考试
执笔者：叶玉堂编写日期：2007年7月
一、课程性质和任务
本课程是电子科学与技术(光电工程与光通信)、光信息科学与技术专业的学科基础必修课程，课程内容包括光的基本性质、光的干涉、衍射、吸收、色散、散射及晶体光学基础等，目的是让学生掌握光的波动理论及晶体光学的一些基本知识、概念，学会用光的电磁理论解决光的干涉、衍射及其与物质的相互作用问题，为激光技术、光电子器件等专业课程的学习奠定良好的基础。结合基础理论的讲授，本课程将注意介绍一些相关领域的前沿技术、方法和成就。
二、课程教学内容和要求
绪论（１学时）
介绍光学的主要研究内容、光学的发展简史以及本课程的教学安排。
第一章光的电磁理论（1５学时）
1.1 电磁波谱电磁场基本方程（１）
1.2 光波在各向同性介质中的传播（３）
1.3 光波的偏振特性（２）
1.4 光波在介质界面上的反射和折射（４）
1.5 光波场的频率谱（２）
1.6 球面光波和柱面光波（２）
习题课（１学时）
光波的数学描述、光波在各向同性介质中传播的基本特性、光波在介质分界面上反射和折射的规律要求掌握，其余要求理解。
第二章光的干涉（13学时）
2.1 光干涉的条件（２）
2.2 双光束干涉（２）
2.3 多光束干涉（２）
2.4 光学薄膜（２）
2.5 典型的干涉仪及其应用（２）
2.6 光的相干性（２）
习题课（１学时）
光波的叠加、产生干涉的基本条件、分波面法双光束干涉、分振幅法双光束干涉、干涉条纹的定域、多光束干涉、光学薄膜及干涉滤光片、典型干涉仪器及其应用、光的相干性要求掌握，其余内容要求理解。
第三章光的衍射（13学时）
3.1 光的衍射现象（１）
3.2 衍射的基本原理（１）
3.3 夫琅禾费衍射（２）
3.4 光学成像系统的衍射和分辨本领（１）
3.5 夫琅禾费多缝衍射（２）
3.6 衍射光栅（２）
3.7 菲涅尔衍射（２）
3.8 全息术（１）
习题课（１学时）
基尔霍夫衍射公式及菲涅尔衍射与夫琅和费衍射的近似条件；矩孔、圆孔、单缝和多缝的衍射；典型成像系统的分辨率；光栅的分光性能；闪耀光栅的工作原理；圆孔的菲涅尔衍射；菲涅尔波带片要求掌握，其余内容要求理解。
第四章晶体光学（18学时）
4.1 介电张量（１）
4.2 单色平面波在晶体中的传播（１）
4.3 单轴晶体和双轴晶体的光学性质（１）
4.4 晶体光学性质的图形表示（１）
4.5 平面波在晶体表面的反射和折射（１）
4.6 偏振器和补偿器（１）
4.7 偏振光和偏振器件的琼斯矩阵（2）
4.8 偏振光的干涉（２）
4.9 电光效应（２）
4.10 声光效应（２）
4.11 旋光现象（1）
4.12 磁致旋光效应（２）
习题课（１学时）
单色平面波在晶体中的传播、单轴晶体和双轴晶体的光学性质、晶体光学性质的图形表示、偏振器器件、波片、偏振光和偏振器件的琼斯矩阵、电光张量及KDP晶体的线性电光效应要求掌握，其余内容要求理解。
第五章光的吸收、色散和散射（６学时）
5.1 光与物质相互作用的经典理论（２）
5.2 光的吸收（１）
5.3 光的色散（１）
5.4 光的散射（２）
复折射率实部、虚部的物理意义、色散与吸收的内在联系、散射光的强度特性、偏振特性、吸收、散射理论的现代应用要求掌握，其余内容要求理解。
第六章现代光学技术简介（自学、讨论，本章内容要求了解）
6.1 航天光学遥感
6.2 自适应光学
6.3 红外与微光成像
6.4 瞬态光学
6.5 光学信息处理
6.6 微光学
6.7 单片光电集成
第七章计算机光学应用（4学时）
目的：
学会利用计算机数值计算的方法处理物理光学相关问题的基本方法。
提高应用计算机的能力。
内容：
等厚干涉条纹分布的模拟
多缝夫朗和费衍射的模拟
课程复习总结（２学时）
三、建议教材及参考资料
教材
《光学教程》，叶玉堂等，清华大学出版社，2005年
参考资料
1.《物理光学教程》，谢敬辉等，北京理工大学出版社，2005年
2.《光学原理与应用》，廖延彪编著，电子工业出版社，2006年
3.《物理光学与应用光学》，石顺祥等，西安电子科技大学出版社，2000年
4.《物理光学导论》，雷肇棣编，电子科大出版社，1994年
5.《Principles of Optics》. 7th edition . Max Born and Emil Wolf , Cambridg University Press .
光学练习题 一、 选择题 11. 如图所示，用厚度为d 、折射率分别为n 1和n 2 (n 1＜n 2)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验中的上下两缝, 若入射光的波长为, 此时屏上原来的中央明纹处被第三级明纹所占 据, 则该介质的厚度为 [ ] (A) λ3 (B) 1 23n n -λ (C) λ2 (D) 1 22n n -λ 17. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片厚度为d 1的透光云母片将双缝装置中的上面一个缝挡住; 再用一片厚度为d 2的透光云母片将下面一个缝挡住, 两云母片的折射率均为n , d 1＞d 2, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距减小 (B) 条纹间距增大 (C) 整个条纹向上移动 (D) 整个条纹向下移动 18. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片能透光的云母片将双缝装置中的上面一个缝盖住, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距增大 (B) 整个干涉条纹将向上移动 (C) 条纹间距减小 (D) 整个干涉条纹将向 下移动 26. 如图(a)所示，一光学平板玻璃A 与待测工件B 之间形成空气劈尖，用波长λ＝500nm(1nm = 10-9m)弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切．则工件的上表面缺陷是 [ ] (A) 不平处为凸起纹，最大高度为500 nm (B) 不平处为凸起纹，最大高度为250 nm (C) 不平处为凹槽，最大深度为500 nm (D) 不平处为凹槽，最大深度为250 nm 43. 光波的衍射现象没有声波显著, 这是由于 [ ] (A) 光波是电磁波, 声波是机械波 (B) 光波传播速度比声波大 (C) 光是有颜色的 (D) 光的波长比声波小得多 53. 在图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，将单缝K 沿垂直光的入射光(x 轴)方向稍微 平移，则 [ ] (A) 衍射条纹移动，条纹宽度不变 (B) 衍射条纹移动，条纹宽度变动 (C) 衍射条纹中心不动，条纹变宽 (D) 衍射条纹不动，条纹宽度不变 K S 1 L L x a E f
第十七章 光的干涉 一. 选择题 1．在真空中波长为的单色光，在折射率为n 的均匀透明介质中从A 沿某一路径传播到B ，若A ，B 两点的相位差为3，则路径AB 的长度为：（ D ） A. 1.5 B. C. 3 D. /n 解： πλ π ?32== ?nd 所以 n d /5.1λ= 本题答案为D 。 2．在杨氏双缝实验中，若两缝之间的距离稍为加大，其他条件不变，则干涉条纹将 （ A ） A. 变密 B. 变稀 C. 不变 D. 消失 解：条纹间距d D x /λ=?，所以d 增大，x ?变小。干涉条纹将变密。 本题答案为A 。 3．在空气中做双缝干涉实验，屏幕E 上的P 处是明条纹。若将缝S 2盖住，并在S 1、S 2连线的垂直平分面上放一平面反射镜M ，其它条件不变(如图)，则此时 ( B ) A. P 处仍为明条纹 B. P 处为暗条纹 C. P 处位于明、暗条纹之间 D. 屏幕E 上无干涉条纹 解 对于屏幕E 上方的P 点，从S 1直接入射到屏幕E 上和从出发S 1经平面反射镜M 选择题3图
反射后再入射到屏幕上的光相位差在均比原来增，因此原来是明条纹的将变为暗条 纹，而原来的暗条纹将变为明条纹。故本题答案为B 。 4．在薄膜干涉实验中，观察到反射光的等倾干涉条纹的中心是亮斑，则此时透射光的等倾干涉条纹中心是（ B ） A. 亮斑 B. 暗斑 C. 可能是亮斑，也可能是暗斑 D. 无法确定 解：反射光和透射光的等倾干涉条纹互补。 本题答案为B 。 5．一束波长为 的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜 放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为 ( B ) A. /4 B. / (4n ) C. /2 D. / (2n ) 6．在折射率为n =的玻璃表面上涂以折射率n =的MgF 2透明薄膜，可以减少光的反射。当波长为的单色光垂直入射时，为了实现最小反射，此透明薄膜的最小厚度为（ C ） A. 5.0nm B. C. D. 解：增透膜 6.904/min ==n e λnm 本题答案为C 。 7．用波长为 的单色光垂直照射到空气劈尖上，观察等厚干涉条纹。当劈尖角增 大时，观察到的干涉条纹的间距将（ B ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 解：减小。 增大，故l n l ,sin 2θθ λ = 本题答案为B 。 8. 在牛顿环装置中，将平凸透镜慢慢地向上平移，由反射光形成的牛顿环将
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线偏振光的方位角：线偏振光的振动面与入射面间的夹角称为线偏振光的方位角。 相干时间：⑴光源发出的一个光波列所用的平均时间⑵指光源发出的光波列被一分为二再合二为一时能产生干涉的最大时间差<答对1，2个中的一个即可）(2分>⑶相干时间越大，单色性越好。(1分> 相干长度：⑴指光源发出的光波列的平均长度⑵光源发出的光波列被一分为二，再合二为一时能产生干涉的最大光称差<答对1，2中的一个即可）(2分>⑶是光源单色性的标志(1分>b5E2RGbCAP 惠更斯——菲涅耳原理：任一时刻，波前上的每一点都可看成是新的子波波源，下一时刻的波前就是这些子波的公切面<包络面）。(1分>后来，菲涅耳考虑到惠更斯原理中诸子波既然来自同一波前，它们必定是相干的，因此求出诸子波的干涉效应，也就得出新波前的强度分布了，所以一般把惠更斯原理加干涉原理称为惠更斯——菲涅耳原理。(1分>p1EanqFDPw 夫朗和菲衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距离二者均为无限远时的衍射称为菲涅耳衍射。 菲涅耳衍射：当光源和衍射物之间的距离和衍射物与观察屏之间距 离二者至少有一个是有限的衍射称为菲涅耳衍射。< 没答至少扣一分）DXDiTa9E3d 晶体的磁光效应：媒质因磁场而引起的折射率变化，称为磁光效应。
晶体的电光效应：媒质因电场而引起的折射率变化，称为电光效应。 半波损失：在小角度入射(1分>或掠入射(1分>两种情况下，光波由折射率小的媒质<光疏媒质）进入折射率大的媒质<光密媒质）时，反射光和入射光的振动方向相反，这种现象通常称为“半波损失”。(1分>RTCrpUDGiT 寻常光：Eo∥Do ，lso∥lko (1分>；即折射率与lk方向无关，与各向同性媒质中光传播情况一样(2分>，故称为“寻常 光”5PCzVD7HxA 非寻常光：一般情况下Ee不平行于 De(1分>，lke不平行于lse(1分>，折射率随lk的方向改变，与各方向同性媒质中光传播情况不同，故称为“非寻常光”。(1分>jLBHrnAILg 等厚干涉：各相干光均以同样的角度入射于薄膜(1分>，入射角θo 不变(1分>，改变膜厚度，这时每个干涉条纹对应的是同一个厚度的光干涉的结果。(1分>xHAQX74J0X 等倾干涉：指薄膜<一般板的厚度很小时，均称为薄膜）厚度处处相同(1分>，两光束以各种角度入射时产生的一组干涉条纹(2分>。LDAYtRyKfE 干涉条纹的半宽度：在透射光的情况下，半宽度是指透射光强度下降到其峰值的一半时所对应的位相变化量 圆偏振光：电矢量E的端点所描述的轨迹是一个圆(1分>：即在任一时刻，沿波传播方向上，空间各点E矢量末端在x,y平面上的投
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斯特林热机演示实验 试验目的： 初步了解热机的工作原理以及热机正向和逆向循环工作的用途。 实验原理： 斯特林热机（Stirling Engine），是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的封闭往复式发动机。它由苏格兰牧师斯特林提出。 斯特林热机采用封闭气体进行循环，工作气体可以是空气、氮气、氦气等。如图1所示，在热机封闭的气缸内充有一定容积的工作气体。汽缸一端为热腔，另一端为冷腔。置换器活塞推动工作气体在两个端之间来回运动，气体在低温冷腔中被压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。如此循环不休，将热能转化为机械能，对外做功。 理论上，斯特林热机的热效率很高，其效率接近理论最大效率（称为卡诺循环效率）。但二者又有所不同，前者由两个等温过程和两个等容过程构成，如图2所示。而后者由两个等温过程和两个绝热过程构成。 斯特林热机属于可逆热机，既可用于制热，又可用于制冷；既可将热能→机械能，又可将机械能→热能。如果用于制冷，则图2中的四个热力学循环将沿逆时针方向进行。 图2 斯特林热机的四个循环过程图1 斯特林热机 下面结合循环图（图2）和活塞运动图（图3），来详细分析一下斯特林热机的四个循环过程。 一个装有两个对置活塞的气缸，在两个活塞之间设置一个回热器。可以把回热器设想成一块交替放热和吸热的热力海绵。回热器和活塞之间形成了两个空间。一个称为膨胀腔，使它保持高温Tmax；另一个称为压缩腔，使它保持低温Tmin。因此，在回热器两端有一个温度梯度Tmax-Tmin。假设回热器在纵向没有热传导，与卡诺循环情况一样，假设活塞在运动中无摩擦，工作气体在气缸中无泄露损失。 循环开始时，设压缩腔活塞处于外止点，膨胀腔活塞处于内止点并紧靠回热器端面。这样，全部工作气体都处于冷的压缩腔内。因为此时的容积为最大值，所以工作气体的压力和温度都处于最小值，用图2和图3中的点1表示。 在压缩过程1~2，压缩腔活塞向内止点运动，膨胀腔活塞保持不动，工作气体在压缩腔内被压缩，压力增加。因为热量Qc已经通过压缩腔汽缸壁排放到环境中，故工作气体的温度保持不变。此过程中，工作物质等温冷却收
《物理光学》课程研究生入学考试大纲 一、考试要求： 本科目的考试内容主要包括光在各向同性介质中的传播规律；光在各向异性介质中的传播规律；介质对光的吸收、色散和散射；光的干涉理论及应用；光的衍射理论及应用以及光的偏振理论及应用等几部分。要求考生对光在介质中传播时发生的基本现象和基本规律有深入的了解，具有综合运用所学的知识分析和解决实际问题的能力。 二、考试内容 从光的电磁理论出发，掌握光在传播过程中发生各种现象的基本规律和应用，重点考查考生在给定条件下，综合运用基本概念和基本原理，分析和解决具体问题的能力。 . 掌握光在各向同性介质当中的传播规律：掌握交变电磁场当中积分形式和微分形式的麦克斯韦方程组，掌握电磁场的波动方程和亥姆霍兹方程，掌握平面波及其基本性质，了解球面波和柱面波的基本特点，掌握光波的叠加方法，了解电磁场的边值关系，了解光在介质表面的反射和折射规律，掌握菲涅耳公式和斯托克斯倒逆关系，了解全反射及其应用，了解光在金属表面的反射和透射特点。 . 掌握光在各向异性介质当中的传播规律：掌握晶体的基本性质，掌握光轴、主平面和主截面的基本概念，掌握光在晶体当中传播的基本规律，掌握晶体的晶体的菲涅耳方程，掌握光在单轴晶体中的传播规律，了解波矢折射率曲面和光线折射率曲面、了解波矢曲面和光线曲面，了解波矢速度面和光线速度面，掌握光在晶体表面的反射和折射规律，了解双轴晶体产生的锥形折射。 . 掌握介质对光的吸收、色散和散射规律：具体要掌握光与介质相互作用的经典理论，掌握介质对光的吸收的基本规律及应用，掌握介质对光的色散的基本规律及应用，掌握介质对光的散射的基本规律及应用。 . 掌握光的干涉理论及应用相关知识：具体要掌握产生光的干涉的基本条件，掌握杨氏双缝干涉的基本原理，掌握等倾干涉和等厚干涉的原理，掌握平面干涉仪和球面干涉仪的基本原理及应用，了解多光束干涉图样的特点，掌握法布里－珀罗干涉仪结构、原理及应用，了解单层膜和多层介质膜的特点及应用。 . 掌握光的衍射理论及应用相关知识：具体要掌握惠更斯原理，了解惠更斯－菲涅耳原理，掌握基尔霍夫衍射理论，掌握菲涅耳－基尔霍夫衍射公式，了解
For the things that have been done in a certain period, the general inspection of the system is also a specific general analysis to find out the shortcomings and deficiencies 大学物理演示实验报告正 式版
大学物理演示实验报告正式版 下载提示：此报告资料适用于某一时期已经做过的事情，进行一次全面系统的总检查、总评价，同时也是一次具体的总分析、总研究,找出成绩、缺点和不足，并找出可提升点和教训记录成文，为以后遇到同类事项提供借鉴的经验。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 实验目的：通过演示来了解弧光放电的原理 实验原理：给存在一定距离的两电极之间加上高压，若两电极间的电场达到空气的击穿电场时，两电极间的空气将被击穿，并产生大规模的放电，形成气体的弧光放电。 雅格布天梯的两极构成一梯形，下端间距小，因而场强大(因)。其下端的空气最先被击穿而放电。由于电弧加热（空气的温度升高，空气就越易被电离,击穿场强就下降），使其上部的空气也被击穿，形成
不断放电。结果弧光区逐渐上移，犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使极间场强太小不足以击穿空气，弧光因而熄灭。 简单操作：打开电源，观察弧光产生。并观察现象。（注意弧光的产生、移动、消失）。 实验现象： 两根电极之间的高电压使极间最狭窄处的电场极度强。巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电，同时产生光和热。热空气带着电弧一起上升，就象圣经中的雅各布（yacob以色列人的祖先)梦中见到的天梯。 注意事项：演示器工作一段时间后，
物理光学总复习
一、选择题 1.E=E0exp(-i(wt-kz))和E=E0(-i(wt+kz))描述的是相反（沿+z或-z方向）传播的光波。 2.牛奶在自然光照时呈白色，由此可以肯定牛奶对光的散射主要是米氏散射。 3.早上或晚上看到太阳是红颜色，这种颜色可以用瑞利散射解释。 4.拍摄薄雾景色时，可在照相机物镜前加上红色滤光片，其原因可以用瑞利散射解释。 5.天空呈蓝色，这种现象可以用（瑞利散射）解释。 6.对右旋圆偏振光， ? ? ? ? ? ? -i 1 2 2 逆着光传播的方向看，E顺时针方向旋转）。对 左旋圆偏振光，（ ? ? ? ? ? ? i 1 2 2 逆着光传播的方向看，E逆时针方向旋转）。 7.根据光强度的物理意义，光波的强度正比于振幅的平方（E2）。8光波的能流密度S正比于（电场强度E和磁场强度H）。 9琼斯矩阵 ? ? ? ? ? ? 1 表示的是沿x轴方向振动的线偏振光标准归一化琼斯矢量形式。 10.光在介质中传播时，将分为o光和e光的介质属于单轴晶体。 11.光束经过乌拉斯敦棱镜后，出射光只有一束，入射光应为线偏振光或入射光束锥角大于偏振棱镜的有效孔径。 12.劈尖的干涉属于等厚干涉，对反射光的干涉，若（不）考虑半波损失，其棱线总是处于暗纹（亮纹）位置。 13.如果线偏振光的光矢量与1/4玻片光轴夹角为45°，那么该线偏振光通过1/4玻片后一定是圆偏振光。
14.一束自然光自空气射向一块平板玻璃，设入射光等于布儒斯特角θB，则在界面的反射光为线偏振光(完全偏振光)。 15.对于完全非偏振光，其偏振度为P=(IM-Im)/(IM+Im)=0；对于完全偏振光，其偏振度为P=(IM-Im)/(IM+Im)=1。 16.线偏振片通过玻片后，一定是线偏振光，只是振动面的方位较入射光转过了2 。 17.在晶体中至少存在4个（单轴晶体），5个（双轴晶体）方向，当强度E沿这些方向时，E与相应的电位移矢量D的方向相同。 18.四个复数exp[-i(wt-kz)]、exp[+i(wt-kz)]、exp[-i(kz-wt)]、exp[+i(kz-wt)]表示的是同一列光波。 19.对于单轴晶体中的o光而言，以下说法正确的是O光：E//D,k//s；e光：E 与D有夹角α，E不平行D。 20.斯托克斯参量表示法描述的光部分、完全非偏振光。 21.喇曼散射和瑞利散射的主要区别在于散射光和入射光波长不同。 22.菲涅尔衍射和夫琅和费衍射的区别条件是观察屏到衍射屏距离Z1与衍射孔的线度之间的相对大小。当λ=0.633um，孔径线度为2mm时，菲涅尔衍射区域是Z1>>1cm(Z1>>3cm为夫琅和费衍射)。 23.为表征椭圆偏振，必要的三个独立量是（振幅α１、α２和位相差δ，或长短轴ａ、ｂ和表明椭圆取向的ψ角）。 24.由光密介质射向光疏介质的能量入口处和返回能量的出口处不在同一点，相隔大约（半个波长）。
物理光学总结 在学习完物理光学这门课程以后，对光的认识加深了不少。这门课程以光的电磁场理论为基础，研究光在介质中的传播规律，从本质上解释了光的折射、衍射、偏振等光的物理现象。 课程的一开始便是麦克斯韦的电磁场理论的介绍，揭示了电场、磁场的性质及电、磁场之间的联系。电场的高斯定律说明电场可以是有源场，电力线必须从正电荷出发终止于负电荷；磁通连续定律说明磁场是无源场，通过闭合面的磁通量等于零，磁力线是闭合的；法拉第电磁感应定律说明变化磁场产生感应电场，其电力线是闭合的；安培全电流定律说明传导电流和位移电流都对磁场的产生有贡献。在这一理论的基础上引出光的波动学理论。学习完这部分内容以后，我对光的波动特性有了初步的模型，大致了解了其描述方式，表达方式等。 有了光的波动理论以后，便开始探究光的干涉现象。光的干涉条件和物质波的干涉条件相同，即频率相同、振动方向相同、相位差恒定。只是由于光波的波长较小，要用一些特殊的方法获取相干波。其中比较常用的有杨氏双缝干涉、平板双光束干涉、菲涅尔干涉等一些列获取光的干涉方法。基于光的干涉灵敏而且现象明显的特点。在一些微小以及精确测量仪器方面得到了广泛的应用。法布里-珀罗干涉仪便是其中之一，让肉眼绝对无法看清的光波以特殊的方式让我们看清其中的差别。这样的仪器还有许许多多，其原理并不复杂，却能解决现实中很多的问题。 光的衍射现象也是很重要要的一部分内容。我感觉研究这一现象时，也是近似的把物质波和光波等同。以特定的方式获取光的衍射现象。像夫琅禾费衍射等。衍射同样也有很多的应用。在望远镜。照相机。显微镜等光学仪器的设计当中，精密程度正是取决于光的衍射理论。 傅里叶光学这一部分内容，是在一段空间里将光进行解剖。让光信息一份一份的出来让我们研究。有了这一理论基础之后，我们便能对像进行处理，让光按照我们的意愿成像。也可以基于这一理论，对成像系统进行优化处理，让所得的像更加清晰，更加符合我们的要求。 光的偏振现象这一部分内容为我们详细介绍了偏振的产生过程，还有多种获取偏振光的方法，也列举了许多的偏振器件，让我们对光的偏振从理论到现象有了一个清晰地认识。 总的来说，这门课程让我明白了光的波动性质，让了解了其波动现象的原理，
《物理光学》课程教学大纲 课程编码：MF 课程名称：物理光学 课程英文名称：Physical Optics 总学时：50 讲课学时：50 实验学时：上机学时：课外辅导学时：学分：3.0 开课单位：航天学院光电子信息科学与技术系 授课对象：电子科学与技术专业本科生 开课学期：2春 先修课程：工科数学分析、大学物理、电动力学 主要教材及参考书： 教材：《物理光学与应用光学》石顺祥等编著，西安电子科技大学出版社，2008。 参考书：1、Born & Wolf, Principles of Optics, 7th edition, Cambridge University Press, 1999；2、《物理光学》（第三版），梁铨廷，电子工业出版社，2008年4月；3、《物理光学学习指导与解题》刘翠红编著，电子工业出版社，2009。 一、课程教学目的 光学是研究光的本性，光的产生、传播、接收，以及光与物质相互作用的科学；同时又是与现代科学技术以及现代工程有紧密联系的一门学科。本课程作为一门重要的专业基础课，以光的电磁理论为理论基础，着重讲授光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性，以及光的吸收、色散、散射现象。其教学目的是使学生深入了解并熟练掌握物理光学的重要知识，掌握重要的分析问题的方法，培养学生运用光学知识，解决后续课程以及今后工作中所遇有关问题的能力。
二、教学内容及基本要求 1. 本门课程的教学内容 第一章光在各向同性介质中的传播特性（共10学时） 光波的特性：光波与电磁波、麦克斯韦电磁方程、物质方程；几种特殊形式的光波；光波场的时域频率谱；相速度和群速度；光波场的空间频率与空间频率谱；光波的横波性、偏振态及其表示。光波在介质界面上的反射和折射：包括反射和折射定律；菲涅耳公式；反射率和透射率；反射和折射的相位特性；反射和折射的偏振特性；全反射。光波在金属表面上的反射和折射等。 第二章光的干涉（共10学时） 双光束干涉；平行平板的多光束干涉；典型干涉仪及其应用；光的相干性理论。 第三章光的衍射（共10学时） 衍射的基本理论：包括光的衍射现象；惠更斯—菲涅耳原理；基尔霍夫衍射公式。夫琅和费衍射：包括夫琅和费衍射装置；矩孔、单缝、多缝以及圆孔的夫琅和费衍射；巴俾涅原理。菲涅耳衍射：包括圆孔和直边菲涅耳衍射。衍射的应用和傅立叶光学基础等。 第四章光波在各向异性介质中的传播特性（共10学时） 晶体的光学各向异性：包括张量的基础知识；晶体的介电张量。单色平面光波在晶体中的传播：包括光波在晶体中传播的解析法和几何法描述。平面光波在晶体界面上反射和折射。晶体光学元件及晶体的偏光干涉等。 第五章晶体的感应双折射（共4学时） 晶体的电光效应（原理及应用）、声光效应和旋光效应（自然旋光现象、菲涅耳的解释、磁致旋光效应、应用）。
习题13 13.1选择题 （1）在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是[ ] (A) 使屏靠近双缝． (B) 使两缝的间距变小． (C) 把两个缝的宽度稍微调窄． (D) 改用波长较小的单色光源． [答案：C] （2）两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的[ ] (A) 间隔变小，并向棱边方向平移． (B) 间隔变大，并向远离棱边方向平移． (C) 间隔不变，向棱边方向平移． (D) 间隔变小，并向远离棱边方向平移． [答案：A] （3）一束波长为λ的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为[ ] (A) λ / 4 ． (B) λ / (4n )． (C) λ / 2 ． (D) λ / (2n )． [答案：B] （4）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n ，厚度为d 的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了[ ] (A) 2 ( n -1 ) d ． (B) 2nd ． (C) 2 ( n -1 ) d +λ / 2． (D) nd ． (E) ( n -1 ) d ． [答案：A] （5）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n 的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ，则薄膜的厚度是 ［ ］ (A) λ / 2 ． (B) λ / (2n )． (C) λ / n ． (D) λ / [2(n-1)]． [答案：D] 13.2 填空题 （1）如图所示，波长为λ的平行单色光斜入射到距离 为d 的双缝上，入射角为θ．在图中的屏中央O 处 (O S O S 21=)，两束相干光的相位差为 ________________． [答案：2sin /d πθλ] （2）在双缝干涉实验中，所用单色光波长为λ＝562.5 nm (1nm ＝10-9 m)，双缝与观察屏的距离D ＝1.2 m ，若测得屏上相邻明条纹间距为?x ＝1.5 mm ，则双缝的间距d ＝
大学物理光学实验 平行光管的调整及使用 1．测量凸透镜及透镜组的焦距 １）平行光管调整后，拿下平面镜，将被测凸透镜置于平行光管的前方，在透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。 ２）将平行光管的十字分划板换成玻罗板，并拿下高斯目镜上的灯泡，放在直筒形光源罩上，然后装在平行光管上。 ３）转动测微目镜的调节螺丝，直到从测微目镜里面能看到清晰的叉丝、标尺为止。 ４）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合。 ５）用测微目镜测出玻罗板像中10毫米两刻线间距的测量值y，读出平行光管的焦距实测值'f和玻罗板两刻线的实测值'y（出厂时仪器说明书中给定），重复五次，将各数据填入自拟表中。 2．用平行光管测凸透镜的鉴别率 （１）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。 （２）将测微目镜、被测透镜、平行光管依次放在光具座上。 （３）移动被测透镜的位置，使被测透镜在平行光管的3号鉴别率板成像于测微目镜的焦平面上。用眼睛认真地从1号单元鉴别率板上开始朝下看，分辨出是哪一个号数单元的并排线条，记下号码。 （４）在表4－4－1中查出条纹宽度a值及鉴别率角值，也可将a、'f（平行光管焦距，出厂的实测值）代入（4－4－3）式，求出鉴别率角值 。
光的干涉实验 若将同一点光源发出的光分成两束，在空间各经不同路径后再会合在一起，当光程差小于光源的相干长度时，一般都会产生干涉现象。干涉现象是光的波动说的有力证据之一。“牛顿环”是一种分振幅法等厚干涉现象，1675年，牛顿首先观察到这种干涉，但由于牛顿信奉光的微粒说而未能对其作出正确的解释。干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波波长，精确测量微小长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。 【实验目的】 1. 观察光的等厚干涉现象，加深对干涉现象的认识； 2. 掌握读数显微镜的使用方法，并用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径； 3. 学习用逐差法处理实验数据。 【实验原理】 在一块平滑的玻璃片B 上，放一曲率半径很大的平凸透镜A(图1)，在A 、B 之间形成一劈尖形空气薄层。当平行光束垂直地射向平凸透镜时，可以观察到在透镜表面出现一组干涉条纹，这些干涉条纹是以接触点O 为中心的同心圆环，称为牛顿环(图2)。牛顿环是由透镜下表面反射的光和平面玻璃上表面反射的光发生干涉而形成的，两束反射光的光程差(或相位差)取决于空气层的厚度，所以牛顿环是一种等厚条纹。 设透镜的曲率半径为R ，与接触点O 相距为r 处的空气膜厚度为e ，则2222222)(r e eR R r e R R ++-=+-=由于e R >>，式中可略去2e 得到： R r e 22 = (1) 两束相干光的光程差为 2 2λ +=?e (2) 其中2/λ是光从空气射向平面玻璃反射时产生的半波损失而引起的附加光程 图1 牛顿环实验装置
高中物理课程内容---来自美国物理教师协会的观点 副标题:高中物理课程内容---来自美国物理教师协会的观点来源：https://www.doczj.com/doc/ee8453585.html,作者：xchen 更新时间：2005-6-5 7:49:00 以预览模式查看：高中物理课程内容---来自美国物理教师协会的观点 内容预览：一、教什么从可供选择的宽广领域中为中学物理课程选择合适的内容，对教师和学校来说都不是一件容易的事。深度和广度，学生的兴趣和经历，师资力量等这些都需要加以考虑，对许多学生来说，中学物理课程可能是他们接受物理学正规训练的唯一机会。对另外一些学生来说，中学物理课程给他们打下一个基础，以备今后进一步深造。于是，课程所提供的准备是否充分，便引起学生和家长以及高等院校的密切关注。一些州关注课程的内容并提供大纲，以便有助于对学校进行指导。但是，说到底，这种选择必须由任课教师来做，因为他们了解自己的学生和社区，了解学校情况，尤其是了解不同的课题对学习的重要性。二、概述在“初级物理”这个题目下有很多知识。在一学年内无法把它们学好。初任教的老师应该特别注意不要试图教太多的课题。教好少数课题比了解物理学的概况更为可取，那么教师应当怎样选择课程内容呢？也就是哪些课题应该教给学生呢？首先我们将考虑作为一门科学和作为一种活动的物理学的范围。展现在师生面前可供考虑的课题范围是极其广泛的，但选择时要注意以下问题。虽然过分狭窄和专业性不是中学物理应该具有的特征，但是，在选择适合于中学不同学生所需要的课题时，理解要比单纯知道更重要。应该让学生学会一些必要的课题。还需要考虑教学目标和希望学生获得哪些能力。三、可供选择的广泛领域物理学的范围十分广阔，其中大量课题应该包括在中学课程之中……
物理光学期末复习总结 名词解释： 1全反射：光从光密射向光疏，且入射角大于临界角时，光线全部返回光密介质中的现象。 2折射定律：①折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内。 ②折射角的正弦与入射角的正弦之比与入射角大小无关，仅由两种介质的性质决定。 sin I _ n sin I n 3瑞利判据：①两个波长的亮纹只有当他们的合强度曲线中央极小值低于两边极大值的81%时才能分辨。 ②把一个点物衍射图样的中央极大与近旁另一点物衍射图样的第一极小重合，作为光学系统 的分辨极限，并认为此时系统恰好可以分辨开两物点。 4干涉：在两个（或多个）光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象。 5衍射：当入射光波波面受到限制之后，将会背离原来的几何传播路径，并呈现光强不均匀分布的现象。 6倏逝波：当发生全发射现象时，在第二介质表面流动的光波。 7光拍现象：一种光强随时间时大时小变化的现象。 8相干光束会聚角：到达干涉场上某点的两条相干光线间的夹角。 9干涉孔径角：到达干涉场某点的两条相干光线从实际光源发出时的夹角。 10缺级现象：当干涉因子的某级主极大值刚好与衍射因子的某级极小值重合，这些极大值就被调制为零, 对应级次的主极大值就消失了，这一现象叫缺级现象。 11坡印亭矢量（辐射强度矢量）：单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积内电磁能量的大小。 12相干长度：对光谱宽度42的光源而言，能够发生干涉的最大光程差。 13发光强度（I ）：辐射强度矢量的时间平均值 7T 14全偏振现象：当入射光为自然光且入射角满足Pp=0,即反射光中只有s波，没有P波, 发生全偏振现象。 15布儒斯特角：发生全偏振现象时的入射角，记为色，tan^=—o q 16马吕斯定律：从起偏器出射的光通过一检偏器，则透过两偏振器后的光强I随两器件透光轴的夹角〃而变化，即Z = Z0cos2^ 17双折射：一束光射入各项异性介质中分成两束的现象。
篇一：大学物理实验报告 大学物理演示实验报告 院系名称：勘察与测绘学院 专业班级： 姓名： 学号： 辉光盘 【实验目的】： 观察平板晶体中的高压辉光放电现象。 【实验仪器】：大型闪电盘演示仪 【实验原理闪电盘是在两层玻璃盘中密封了 涂有荧光材料的玻璃珠，玻璃珠充有稀薄的 惰性气体（如氩气等）。控制器中有一块振荡 电路板，通过电源变换器，将12v低压直流 电转变为高压高频电压加在电极上。 通电后，振荡电路产生高频电压电场， 由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产 生紫外辐射，玻璃珠上的荧光材料受到紫外 辐射激发出可见光，其颜色由玻璃珠上涂敷 的荧光材料决定。由于电极上电压很高，故 所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。 【实验步骤】： 1. 将闪电盘后控制器上的电位器调节到最小； 2. 插上220v电源，打开开关； 3. 调高电位器，观察闪电盘上图像变化，当电压超过一定域值后，盘上出现闪光； 4. 用手触摸玻璃表面，观察闪光随手指移动变化； 5. 缓慢调低电位器到闪光恰好消失，对闪电盘拍手或说话，观察辉光岁声音的变化。 【注意事项】： 1. 闪电盘为玻璃质地，注意轻拿轻放； 2. 移动闪电盘时请勿在控制器上用力，避免控制器与盘面连接断裂； 3. 闪电盘不可悬空吊挂。 辉光球 【实验目的】 观察辉光放电现象，了解电场、电离、击穿及发光等概念。 【实验步骤】 1．将辉光球底座上的电位器调节到最小； 2．插上220v电源，并打开开关； 3. 调节电位器，观察辉光球的玻璃球壳内，电压超过一定域值后中心处电极之间随机产生数道辉光； 4.用手触摸玻璃球壳，观察到辉光随手指移动变化； 5.缓慢调低电位器到辉光恰好消失，对辉光球拍手或说话，观察辉光随声音的变化。
高考物理光学部分知识点完美总结 光的反射和折射 1.光的直线传播 （1）光在同一种均匀介质中沿直线传播.小孔成像，影的形成，日食和月食都是光直线传播的例证.（2）影是光被不透光的物体挡住所形成的暗区.影可分为本影和半影，在本影区域内完全看不到光源发出的光，在半影区域内只能看到光源的某部分发出的光.点光源只形成本影，非点光源一般会形成本影和半影.本影区域的大小与光源的面积有关，发光面越大，本影区越小.（3）日食和月食: 人位于月球的本影内能看到日全食，位于月球的半影内能看到日偏食，位于月球本影的延伸区域（即“伪本影”）能看到日环食;当月球全部进入地球的本影区域时，人可看到月全食.月球部分进入地球的本影区域时，看到的是月偏食. 2.光的反射现象---:光线入射到两种介质的界面上时，其中一部分光线在原介质中改变传播方向的现象. （1）光的反射定律: ①反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居于法线两侧. ②反射角等于入射角. （2）反射定律表明，对于每一条入射光线，反射光线是唯一的，在反射现象中光路是可逆的. 3. 平面镜成像 （1.）像的特点---------平面镜成的像是正立等大的虚像，像与物关于镜面为对称。 （2.）光路图作法-----------根据平面镜成像的特点，在作光路图时，可以先画像，后补光路图。 （3）.充分利用光路可逆-------在平面镜的计算和作图中要充分利用光路可逆。（眼睛在某点A通过平面镜所能看到的范围和在A点放一个点光源，该电光源发出的光经平面镜反射后照亮的范围是完全相同的。） 4.光的折射--光由一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上将发生光的传播方向改变的现象叫光的折射. （2）光的折射定律---①折射光线，入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居于法线两侧. ②入射角的正弦跟折射角的正弦成正比，即sini/sinr=常数.（3）在折射现象中，光路是可逆的. 5.折射率---光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的折射率，折射率用n表示，即n=sini/sinr.
大学物理演示实验感想 通过此次光学演示实验使我了解了光的实质，就是原子核外电子得到能量跃迁到更高的轨道上之后由于所处轨道不稳定，电子还要跃迁回去，跃迁回去会释放出一个光子，就是以光的形式向外发出能量，跃迁的能级不同，释放出来的能量不同，光子的波长就不同，光的颜色就不一样了。当复色光进入棱镜或光栅后，由于它对各种频率的光具有不同折射率，各种色光的传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱。使我深刻认识到光的传播、干射、衍射、散射、偏振等许多现象及其原理，还有发生这种现象的外部条件。通过对这些特性的理解，使我从现实方面认识到光的波粒二象性，认识到光在什么条件下表现粒子性，在什么条件下表现波动性。通过激光传播信号的演示实验中我知道光不但给人以美的感受还有诸多其它方面的用处。在光的色散实验中，我对牛顿环的印象最深刻，通过对牛顿环现象的认识，我加深了对等厚干涉的了解，尤其是半波损失对牛顿环的应用，对半波损失有了进一步的了解和记忆。 我觉得我们做的虽然是演示实验，但也很有收获，这是我们对课上所学知识的一个更直观的了解，通过此次光学演示实验使我对光有了一种感性的认识，加深了对光学现象及原理的认识，为今后光学的学习打下深厚的基础，此次演示实验把理论与现实相结合，让大家在现实生活中理解光波的本质，这给我们每天的理论学习增添了一点趣味。虽然说演示实验的过程是简单的，但它的意义绝非如此。我们学习的知识重在应用，对大学生来说，演示实验不仅开动了我们思考的马达，也让我们更好地把物理知识运用到了实际现象的分析中去，使我们不但对大自然产生了以前没有的敬畏和尊重，也有了对大自然探究的好奇心，我想这是一个人做学问最最重要的一点。因此我想在我们平时的学习中，要带着一种崇敬的心情和责任感，认认真真地学习，踏踏实实地学习，只有这样，我们才能真正学会一门课，学好一门
“物理光学”是哈尔滨工业大学航天学院电子科学与技术和光学工程专业的一门最重要的专业必修基础课，是物理电子学、光学工程和仪器科学与技术等学科的考研专业基础课。本课程作为一门重要的专业基础课，以光的电磁理论为理论基础，着重讲授光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性，以及光的吸收、色散、散射现象。其教学目的是使学生深入了解并熟练掌握物理光学的重要知识，掌握重要的分析问题的方法，培养学生运用光学知识，解决后续课程以及今后工作中所遇有关问题的能力。 重点内容及学时分布： 第一章光波的表示及在各向同性介质中的传播特性（共10学时） 重点内容：单色平面光波的复数表示及复振幅；复色光波的相速度和群速度；光波的横波性及偏振特性；菲涅耳公式；反射率和折射率；反射光和折射光的相位特性；反射和折射的偏振特性。 第二章光的干涉（共10学时） 重点内容：双光束干涉（包括杨氏干涉、等倾干涉、等厚干涉、牛顿环）；平行平板的多光束干涉；典型干涉仪及其应用（主要是迈克尔逊干涉仪和F-P干涉仪；光的相干性（空间相干性和时间相干性）。 第三章光的衍射（共10学时） 重点内容：衍射的基本理论；夫琅和费衍射（包括夫琅和费矩形孔衍射、圆孔衍射、单缝衍射、多缝衍射）；光学成像系统的分辨本领；菲涅耳衍射及波带片；光栅方程及闪耀光栅。 第四章光波在各向异性介质中的传播特性（共10学时） 重点内容：晶体的介电张量；晶体光学的基本方程；菲涅耳方程（包括波
法线菲涅耳方程和光线菲涅耳方程）；光在晶体中的传播的几何法描述；平面光波在晶体界面上的反射和折射（重点是要确定单轴晶体中o光和e光的光线传播方向）；晶体的光学元件（包括棱镜和波片）；晶体的偏光干涉。 第五章晶体的感应双折射（共4学时） 重点内容：晶体的线性电光效应（主要是KDP晶体的线性电光效应）；晶体的旋光效应（主要是旋光效应的解释及法拉第隔离器）。 第六章光的吸收、色散和散射（共4学时） 光与介质相互作用的经典理论；光的吸收定律及吸收光谱；光的色散（主要内容是正常色散、反常色散及色散率）；光的散射（主要是瑞利散射和米氏散射）。 内容总结及总复习（共2学时）。 课程的重点：光的干涉、衍射理论及应用、光波在各向同性介质、金属及各向异性介质中的传播、在两种介质分界面上的反射和透射、光波的偏振特性、晶体光学理论的应用。 课程的难点：有关应用麦克斯韦方程组及边值条件导出的菲涅耳公式；对光波在各种介质分界面的反射和透射性质的讨论；应用惠更斯—菲涅耳原理、基尔霍夫衍射理论推导出衍射的基本公式；晶体光学理论部分（光波在晶体中的传播、光波在晶体表面上的反射和折射等），这些内容用到了工科数学分析、数理方程、电磁场理论等课程的知识，理论性和综合性比较强，学生难以消化。在课程讲授过程当中，如何教会学生将本课程所学的知识应用于解决实际问题有一定难度。
二、学习要求 1、知道有关光的本性的认识发展过程：知道牛顿代表的微粒、惠更斯的波动说一直到光的波粒二象性这一人类认识光的本性的历程，懂得人类对客观世界的认识是不断发展不断深化的。 2、知道光的干涉：知道光的干涉现象及其产生的条件；知道双缝干涉的装置、干涉原理及干涉条纹的宽度特征，会用肥皂膜观察薄膜干涉现象。知道光的衍射：知道光的衍射现象及观察明显衍射现象的条件，知道单缝衍射的条纹与双缝干涉条纹之间的特征区别。 3、知道电磁场，电磁波：知道变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，变化的磁场与变化的磁场交替产生形成电磁场；知道电磁波是变化的电场和磁场——即电磁场在空间的传播；知道电磁波对人类文明进步的作用，知道电磁波有时会对人类生存环境造成不利影响；从电磁波的广泛应用认识科学理论转化为技术应用是一个创新过程，增强理论联系实际的自觉性。知道光的电磁说：知道光的电磁说及其建立过程，知道光是一种电磁波。 4、知道电磁波波谱及其应用：知道电磁波波谱，知道无线电波、红外线、紫外线、X 射线及γ射线的特征及其主要应用。 5、知道光电效应和光子说：知道光电效应现象及其基本规律，知道光子说，知道光子的能量与光学知识点其频率成正比；知道光电效应在技术中的一些应用 6、知道光的波粒二象性：知道一切微观粒子都具有波粒二象性，知道大量光子容易表现出粒子性，而少量光子容易表现为粒子性。 光的直线传播．光的反射 二、光的直线传播 1．光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C ＝3×108m/s ； 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 v