光学精品课程电子教案
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《光学教案》课件
《光学教案》课件第一章：光的传播1.1 光的基本概念光的定义光的传播方式：直线传播、反射、折射1.2 光的传播速度真空中的光速介质中的光速1.3 光的波动性光的干涉光的衍射光的偏振第二章：光的粒子性2.1 光的光子说光子的概念光子的能量和频率2.2 光电效应光电效应的实验现象光电效应的解释爱因斯坦的光量子假说2.3 光的吸收和发射吸收和发射的原理能级和跃迁第三章：光的折射和反射3.1 折射定律斯涅尔定律折射率的定义3.2 折射现象的解释光线在不同介质中的传播速度色散现象3.3 反射定律反射角和入射角的关系镜面反射和漫反射第四章：透镜和光学仪器4.1 透镜的分类和性质凸透镜和凹透镜透镜的焦距和焦度4.2 透镜的光学成像实像和虚像放大和缩小4.3 常见光学仪器显微镜望远镜相机和投影仪第五章：光的量子性5.1 光的波粒二象性光的波动性和粒子性的关系波粒二象性的实验证明5.2 光的量子化光子的能量和频率光的量子化的实验证据5.3 光的量子理论的应用光电效应的解释原子光谱的解释第六章：光的干涉6.1 干涉现象的基本原理干涉的定义干涉现象的产生条件干涉条纹的性质6.2 双缝干涉实验双缝干涉实验的装置双缝干涉条纹的分布规律双缝干涉实验的数学描述6.3 单缝衍射和双缝衍射单缝衍射的实验现象双缝衍射的实验现象衍射条纹的对比第七章：光的衍射7.1 衍射现象的基本原理衍射的定义衍射现象的产生条件衍射条纹的性质7.2 单缝衍射和圆孔衍射单缝衍射的实验现象圆孔衍射的实验现象衍射条纹的对比7.3 光的衍射应用光学仪器的分辨力光的聚焦和成像光纤通讯技术第八章：光学薄膜和技术8.1 光学薄膜的基本概念光学薄膜的定义光学薄膜的制备方法光学薄膜的性质8.2 光学薄膜的应用抗反射膜增透膜偏振膜8.3 光学信息技术光存储技术光调制技术光开关技术第九章：现代光学9.1 激光原理及其特性激光的产生原理激光的特性：单色性、相干性、方向性激光的应用领域9.2 光纤光学光纤的原理与结构光纤通信技术光纤传感器9.3 非线性光学非线性光学的基本概念非线性光学效应：二次谐波、光学整流等非线性光学在光电子技术中的应用第十章：光学实验与实践10.1 光学实验的基本方法实验仪器与设备实验操作技巧实验数据的处理与分析10.2 常见光学实验项目光的干涉实验光的衍射实验透镜成像实验10.3 光学实验的设计与实践实验方案的设计实验结果的验证与讨论重点和难点解析一、光的传播：这部分内容涉及光的基本概念，光的传播方式，以及光的波动性。
《光学教案》课件
《光学教案》课件第一章：光的传播1.1 光的传播概述介绍光是一种电磁波，能够在真空中传播。
解释光的传播速度为每秒约300,000公里。
1.2 光的传播方式讨论光的直线传播和反射、折射现象。
解释光的反射定律和折射定律。
1.3 光的传播应用探讨光在日常生活和科技领域的应用，如光纤通信、太阳能等。
第二章：光的波动性2.1 光的波动性概述介绍光的波动性是光的本质特性之一。
解释光的波长、频率和速度之间的关系。
2.2 光的干涉和衍射讨论干涉现象，如双缝干涉和杨氏实验。
解释衍射现象，如光的圆孔衍射和狭缝衍射。
2.3 光的偏振介绍光的偏振现象，即光的电场矢量在特定平面上的振动。
探讨偏振光的应用，如偏振片和偏振光显微镜。
第三章：光的颜色和光谱3.1 光的颜色概述介绍光的颜色是由光的波长决定的。
解释光的可见光谱是由红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫色组成的。
3.2 光谱的分类讨论连续光谱、发射光谱、吸收光谱和反射光谱的概念。
探讨光谱分析在科学研究中的应用，如光谱仪器的使用。
3.3 光的合成和分解介绍光的合成是指两种或多种颜色的光混合后产生新的颜色的现象。
解释光的分解是指白光通过三棱镜分解成七种颜色的光谱。
第四章：光的折射和透镜4.1 光的折射概述介绍光从一种介质进入另一种介质时速度的变化导致方向的改变。
解释折射定律，即入射角和折射角之间的关系。
4.2 透镜的分类和性质讨论凸透镜和凹透镜的形状和焦距的概念。
探讨透镜对光线的聚焦和发散作用。
4.3 透镜的应用介绍透镜在日常生活和科技领域的应用，如眼镜、显微镜和望远镜等。
第五章：光学成像5.1 成像的基本原理介绍光的传播和反射、折射现象在成像中的作用。
解释实像和虚像的概念。
5.2 凸透镜成像讨论凸透镜成像的规律，如物距和像距的关系。
探讨凸透镜成像的应用，如照相机和投影仪等。
5.3 凹透镜成像介绍凹透镜成像的特点和应用。
解释凹透镜对光线的作用和成像的效果。
《光学教案》课件第六章：光的散射6.1 光的散射概述介绍光在通过不均匀介质时发生的散射现象。
《光学》课程教学电子教案 4.3 夫琅禾费衍射(29P)
4 光波衍射与变换
4.3 夫琅禾费衍射
4.3.2 单缝的夫琅禾费衍射
(4.3-3)
相邻细波带发出的子波在P点的相位差：
(4.3-4)
4 光波衍射与变换
4.3 夫琅禾费衍射
4.3.2 单缝的夫琅禾费衍射
距离狭缝中心点为x0处的细波带在P点引起的光振动初相位和复振幅： (4.3-5)
所有细波带在P点的叠加光振动复振幅及光强度：
(4.3-6)
(4.3-7)
式中：
(4.3-8)
N=0，即q=0时，P点为强度最大值。
4 光波衍射与变换
4.3 夫琅禾费衍射
4.3.2 单缝的夫琅禾费衍射
(3) 衍射光场分布的定量分析——振幅矢量叠加法
假设： ① 被狭缝限制的波面相对于P点可分割为无数个宽度为dx0的等面积细波带 ② 同一细波带上各点在P点引起的光振动振幅和相位相同 ③ 单位宽度的波面具有的光振动振幅为A0/a ④ 位于狭缝中心点处的细波带在P点引起的光振动初相位为0 结果： 宽度为dx0的细波带在P点引起的光振动振幅：
图4.3-7 计算机仿真的单缝的 夫琅禾费衍射图样
结论：单缝夫琅禾费衍射图样的强度分布随衍射角度按函数关系sin2(a/a2)变
化；相邻暗条纹中心的角（线）间距相等，因而所有次极大值亮纹的 角（线）宽度相等，但主极大值亮纹的角（线）宽度为次极大值的两 倍；相邻次极大值亮纹中心不等间距，但随着衍射级次的增大，相邻 次极大值亮纹中心的间距趋于恒定；亮条纹的宽度（或相邻暗条纹中 心的间距）与狭缝宽度成反比，与照射光的波长及透镜焦距成正比。 采用白光照明时，除中央主极大值亮条纹为白色外，其余各级次亮条 纹均为彩色条纹，且每级亮条纹均以蓝紫色开始，红色终止。
光学教案-1-5
1 光波、光线与光子§1.5 光波场的量子性主要内容1. 黑体辐射2. 光电效应3. 康普顿效应1.5.1黑体辐射(1) 热辐射的一般特征热辐射：普遍存在于自然界的一种自发辐射过程热辐射的一般特征：①任何温度下的所有物体都在向周围发射热辐射，同时也从周围吸收热辐射②热辐射的光谱是连续的，随着温度的升高，光谱强度分布向短波方向移动,且总辐射功率增大③同一温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著不同(b) 人体红外热图(a) 高压线红外热图图1.5-1 由温度辐射形成的红外图像(2)热辐射的单色辐出度与单色吸收系数单色辐射出射度M(l,T)：温度为T的物体表面单位面积发出的波长为l的l辐射能通量谱密度。
单色吸收系数a l(l,T)：温度为T的物体表面单位面积所吸收的波长为l的辐射能通量谱密度，与照射在该物体表面同一单位面积上的同一波长的辐射能通量谱密度之比。
引入目的：表征物体在不同温度下对不同波长成分的热辐射及吸收特性。
①假想实验：密闭绝热容器内若干温度不同的物体之间的热平衡过程A 1A 2A 3C图1.5-2 密闭的理想绝热容器绝热容器内的热平衡特点：每个物体在单位面内积辐射的能量与其吸收的能量相等数学表述：(1.5-1)e i (l , T )：热平衡状态下照射在第i 个物体表面单位面积上的辐射能通量谱密度(3)基尔霍夫热辐射定律(1.5-2)②基尔霍夫定律：在给定温度T 的热平衡状态下，任何物体对于给定波长的单色辐出度M l (l ,T )与单色吸收系数a l (l ,T )之比值与物质的性质无关，仅是波长和温度的一个普适函数F l (l ,T )，即结论：在热平衡状态下，绝热容器内的e li (l ,T )处处相等，因此，具有较大单色辐出度的物体，一定也具有较大的单色吸收系数，反之亦然。
①黑体、白体、灰体黑体：在任何温度下对于任何波长电磁辐射的单色吸收系数均等于1。
白体：在任何温度下对于任何波长电磁辐射的单色吸收系数均等于0。
眼镜光学技术电子教案
《视光学基础》课程电子教案学习情境一：常见屈光状态本次课标题：1.1 正视眼屈光状态分析一、教学目标设计授课班级上课时间课时：4 上课地点教学目标能力(技能)目标知识目标1、能根据相应的屈光介质参数计算正视眼的屈光力2、会计算正视眼视网膜上像的大小3、能正确绘制简略眼、模型眼4、能正确测定kappa角5、掌握正视眼调节力大小的计算1、掌握眼屈光生理、眼屈光系统各部组织机构的光学参数及光学特性2、掌握眼的拆光机能、简略眼、模型眼、眼屈光成像原理3、调节功能及神经传导通路了解人眼屈光学发展过程进化简史能力训练任务及案例能积极主动地完成文献搜集、汇报，有计划、有目的的去进行，对所查阅的内容进行分类汇总。
案例1：通过眼球模型，分析正常人眼的屈光介质参数案例2：下达任务让同学们利用业余时间收集资料文献，第二次课由学生讲述、讨论各种动物眼睛的特点与屈光状态，引入人眼的屈光特性和视觉发育、形成特点。
英文单词视敏度 visua1 acuity 视野 visual field 立体视觉 stereoscopic vision 视力 vision acuity 正视眼 emmetropia 调节accommodation参考资料1.«眼科屈光学»一军事医学科学出版社2.«验光配镜200问一眼屈光篇»一海洋出版社3. «验光配镜问题集»一天津科技出版社工具媒体教学课件:正视眼屈光状态分析测试习题、动画:正视眼二、课程设计 步骤教学内容教学方法 教学手段 学生活动时间 分配告知(教学 内容、目的) 介绍本课程的课程性质和教学内容,以及在职业岗位中的作用。
告知本次课的能力目标及知识目标讲授：录像通过幻灯片告知教学内容。
多媒体展示 个别回答问题引入任务1 询问同学各种动物眼睛的了解情况和眼屈光及屈光检查工作内容的了解情况，布置任务：查阅资料了解不同种类眼睛的特点与发育 进行提问 以问题形式引出教学内容 对所提问题，结合预习积极作答讲授通过眼球模型,引导学生认识人眼正视眼的光学参数和特性 教具或幻灯演示演示回答问题做好笔记案例分析 通过比较人眼在正常状体和在水下不同视力的表现，引入人眼的屈光特性，引入调节功能以及人眼的像差 案例分析 讨论提问 积极讨论，分析，做好重点记录引入任务2 让学生通过不同镜片的成像特点，了解像大小的变化，引入视网膜上像大小的计算，并由像大小的计算引入模型眼和简化眼。
《光学》课程教学电子教案 第0章 前言绪论(32P)
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
绪论
目录
1. 光学的研究对象、地位和特点 2. 光的本性 3. 现代光学的主要标志 4. 光学的发展趋势——光子学的崛起 5. 光学课程的学习方法
绪论
1. 光学的研究对象、地位和特点
光是一种重要的自然现象 光学是物理学的一个重要分支 光学学科是一门应用性极强的基础学科
第8章激光基础第0章第1章第2章第3章第4章绪论光波光线与光子光学成像的几何学原理光的干涉与相干性光的衍射与变换第5章第6章光学成像的波动学原理光的双折射与光调制第7章光的吸收色散及散射目录光学教案简介绪论光学教案赵建林编著普通高等教育十五国家级规划教材高等教育出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社目录1
光学 教案
简介
致谢
本教案中给出的所有插图仅供用于课堂教学参考。其中绝大多数 插图中系作者自己制作，个别图片取自网络共享文献，在此向原作者表 示感谢。
在本电子教案的编写和出版过程中，高等教育出版社胡凯飞、庞 永江、王文颖、郭亚嫘等编辑付出了辛勤的努力，西北工业大学教务处 为作者提供了精神和经费上的重要支持，西北工业大学教材建设委员会 的诸位专家对提出了许多宝贵的建设性修改意见。此外，作者的研究生 徐宏来曾协助作者编制教案的PPT版初稿，谢嘉宁、曲伟娟、陆红强、 王军等曾协助制作了部分仿真实验图片。作者在此一并表示衷心感谢。
(8) 量子论的提出
普朗克（M. Planck）的黑体辐射公式 爱因斯坦的光电效应方程 “光子（photon）”概念的提出
(9) 光的本性的再认识
激光与新效应 光是一种特殊的客体，具有波粒二象性
绪论
3. 现代光学的主要标志
传统光学的研究对象：
以望远镜、显微镜、光谱仪、干涉仪、照相机等为代表的各种光学仪 器及其在精密测量、光谱分析以及成像等方面的应用
绪论
目录
1. 光学的研究对象、地位和特点 2. 光的本性 3. 现代光学的主要标志 4. 光学的发展趋势——光子学的崛起 5. 光学课程的学习方法
绪论
1. 光学的研究对象、地位和特点
光是一种重要的自然现象 光学是物理学的一个重要分支 光学学科是一门应用性极强的基础学科
第8章激光基础第0章第1章第2章第3章第4章绪论光波光线与光子光学成像的几何学原理光的干涉与相干性光的衍射与变换第5章第6章光学成像的波动学原理光的双折射与光调制第7章光的吸收色散及散射目录光学教案简介绪论光学教案赵建林编著普通高等教育十五国家级规划教材高等教育出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社目录1
光学 教案
简介
致谢
本教案中给出的所有插图仅供用于课堂教学参考。其中绝大多数 插图中系作者自己制作，个别图片取自网络共享文献，在此向原作者表 示感谢。
在本电子教案的编写和出版过程中，高等教育出版社胡凯飞、庞 永江、王文颖、郭亚嫘等编辑付出了辛勤的努力，西北工业大学教务处 为作者提供了精神和经费上的重要支持，西北工业大学教材建设委员会 的诸位专家对提出了许多宝贵的建设性修改意见。此外，作者的研究生 徐宏来曾协助作者编制教案的PPT版初稿，谢嘉宁、曲伟娟、陆红强、 王军等曾协助制作了部分仿真实验图片。作者在此一并表示衷心感谢。
(8) 量子论的提出
普朗克（M. Planck）的黑体辐射公式 爱因斯坦的光电效应方程 “光子（photon）”概念的提出
(9) 光的本性的再认识
激光与新效应 光是一种特殊的客体，具有波粒二象性
绪论
3. 现代光学的主要标志
传统光学的研究对象：
以望远镜、显微镜、光谱仪、干涉仪、照相机等为代表的各种光学仪 器及其在精密测量、光谱分析以及成像等方面的应用
《光学教案》课件2
《光学教案》PPT课件第一章：光学简介1.1 光学的基本概念光的定义光的特性和传播1.2 光学的发展历史古代光学观念近现代光学发展1.3 光学的重要性和应用领域光的通信技术光学仪器和设备第二章：光的传播与反射2.1 光的传播光的传播方式光的传播速度2.2 平面镜反射反射定律反射图像的特点2.3 球面镜反射球面镜的类型球面镜的焦点和焦距第三章：光的折射与透镜3.1 光的折射现象折射定律折射图像的规律3.2 透镜的分类和性质凸透镜凹透镜3.3 透镜的应用放大镜和望远镜照相机和投影仪第四章：光的波动性4.1 光的干涉现象干涉的原理和条件双缝干涉实验4.2 光的衍射现象衍射的原理和条件单缝衍射和圆孔衍射4.3 光的偏振现象偏振的原理和条件偏振光的性质和应用第五章：现代光学技术5.1 激光技术激光的原理和特性激光的应用领域5.2 光纤通信技术光纤的原理和结构光纤通信的优点和应用5.3 光学仪器和设备望远镜和显微镜光学传感器和探测器第六章：色彩与光的混合6.1 色彩的基本理论色彩的三个基本属性色彩的混合原理6.2 光的加色混合加色混合的规律电视和计算机屏幕的显示原理6.3 光的减色混合减色混合的规律印刷和染色的应用第七章：光的量子性7.1 光的粒子性质光量子假说光电效应和光的粒子性7.2 光的波粒二象性波粒二象性的实验证明量子力学与光的性质7.3 量子光学的基本概念量子态量子纠缠和量子超位置第八章：光学传感器与光电子技术8.1 光学传感器的基本原理光电效应和光敏元件光传感器的应用领域8.2 光电子技术的应用光电池和太阳能电池光开关和光调制器8.3 光通信技术的发展光导纤维的传输原理光网络和全光通信系统第九章：光学在生物医学中的应用9.1 显微镜和荧光显微镜显微镜的原理和种类荧光显微镜在生物学研究中的应用9.2 激光在医学中的应用激光手术和激光治疗激光诊断和激光医疗设备9.3 光学成像技术X射线计算机断层扫描（CT）磁共振成像（MRI）和光学成像的结合第十章：光学实验与探索10.1 光学实验的基本设备和技巧光学仪器的组装和调节光学实验的安全注意事项10.2 经典光学实验干涉实验和衍射实验折射和反射实验10.3 现代光学实验技术激光实验和光纤实验光学传感器和光电子实验重点和难点解析一、光的传播与反射：反射定律的理解和应用，以及反射图像的特点。
电子光学课程设计
电子光学 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解电子光学的基本原理，掌握光电子相互作用的本质和规律。
2. 引导学生掌握电子光学器件的构造、性能及其在科学技术中的应用。
3. 帮助学生了解电子光学技术在现代科技领域的发展趋势。
技能目标：1. 培养学生运用电子光学知识解决实际问题的能力，能进行简单的电子光学系统设计和分析。
2. 提高学生运用实验方法验证电子光学理论的能力，熟练操作相关实验设备，处理实验数据。
3. 培养学生团队协作和沟通交流的能力，能够就电子光学问题展开讨论和分享观点。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子光学学科的热爱，激发学习兴趣，树立科学研究的信心。
2. 增强学生的创新意识，培养勇于探索、积极进取的精神风貌。
3. 提高学生的环保意识，认识到电子光学技术在社会发展中的重要作用，树立社会责任感。
本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，以理论教学和实践操作相结合的方式，使学生在掌握电子光学基本知识的基础上，提高解决实际问题的能力，培养创新精神和科学素养，为未来从事相关领域的研究和工作打下坚实基础。
二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 电子光学基本原理：涵盖光的电磁理论、电子与光的相互作用、光学器件的物理基础等，参考教材相关章节，让学生从理论上掌握电子光学的基本概念和规律。
2. 电子光学器件及性能：介绍各类电子光学器件（如显微镜、望远镜、光栅等）的构造、工作原理和应用，结合教材内容，分析不同器件的性能特点，使学生了解其在科学技术中的应用。
3. 电子光学技术与应用：探讨电子光学技术在现代科技领域的发展趋势，如光电子器件、光纤通信、激光技术等，结合教材实例，使学生了解电子光学技术的最新发展及其在各个领域的应用。
教学大纲安排如下：1. 引言及电子光学基本原理（2课时）2. 电子光学器件及性能分析（3课时）3. 电子光学技术与应用（3课时）4. 实践环节：电子光学实验操作与分析（4课时）教学内容注重科学性和系统性，结合教材章节，循序渐进地引导学生掌握电子光学知识，为实践操作和未来发展奠定基础。
《光学》课程教学电子教案 3.1 波前 傍轴条件与远场条件(13P)
3.1.2 同轴球面波的傍轴条件与远场条件
x1
x
Q y1
r
y z
P Oz
图3.1-4 傍轴条件与远场条件下的同轴球面波波前
位于x1y1平面上坐标原点Q处的点源所发出的同轴球面波在xy平面上 场点P的复振幅分布：
(3.1-6)
当场点距离源点相当远时，两者距离：
(3.1-7)
3. 光的干涉与相干性
3.1 波前
§3.1 波前 傍轴条件与远场条件
3. 光的干涉与相干性
3.1 波前
主要内容
1. 波前的概念 2. 同轴球面波的傍轴条件与远场条件 3. 离轴球面波的傍轴条件与远场条件
3. 光的干涉与相干性 3.1.1 波前的概念
3.1 波前
波前：波场中的任一被考察平面，如物平面、像平面、透镜平面，以及 波场中任意被考察的平面。
④ 源点P1和场点P同时满足傍轴条件和远场条件：
(3.1-18)
结论：源点和场点同时满足傍轴条件和远场条件时，离轴球面波的波前也 将过渡到平面波波前。
3. 光的干涉与相干性
3.1 波前
本节重点
1. 波前的概念 2. 相位共轭波的概念 3. 傍轴条件与远场条件及其物理意义
3. 光的干涉与相干性
3.1 波前
(2) 球面波的波前
x
Q1
Q1*
O
z
3.1.1 波前的概念
x
P1
R
R
P1*
O
z
R
R
(a) 轴上源点
(b) 轴外源点
图3.1-3 一对相位共轭球面波的波前
同轴球面波及其同向相位共轭波的波前（z=0平面）：
(3.1-4a)
(3.1-4b)
光学精品电子教案
？
P1
P3
P2
你能说明为什么吗？
二、偏振棱镜 1.尼科尔棱镜
方解石 晶体
680
加拿大树胶
n 1.55
680
220
e
480
o
680
光轴
ne 1.486 no 1.658 n 1.55
2．Wollaston棱镜 两块光轴互相垂直的棱镜粘接而成，可使
两束线偏振光分开。
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2120 .10.21 Wednes day , October 21, 2020 人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。2 3:01:07 23:01:0 723:01 10/21/2 020 11:01:07 PM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2123 :01:072 3:01Oc t-2021- Oct-20 加强交通建设管理，确保工程建设质 量。23:01:0723 :01:072 3:01W ednesd ay , October 21, 2020 安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2120.1 0.2123:01:0723 :01:07 October 21, 2020 踏实肯干，努力奋斗。2020年10月21 日下午1 1时1分 20.10.2 120.10. 21 追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月21 日星期 三下午1 1时1分 7秒23:01:0720 .10.21 严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 下午11 时1分20 .10.212 3:01Oc tober 21, 2020 作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月21 日星期 三11时1 分7秒2 3:01:07 21 October 2020 好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午11时1 分7秒 下午11 时1分23 :01:072 0.10.21 一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10. 2120.1 0.2123:0123:01 :0723:0 1:07Oc t-20 牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月21日 星期三1 1时1分 7秒We dnesday , October 21, 2020 相信相信得力量。20.10.212020年10月 21日星 期三11 时1分7 秒20.1 0.21
P1
P3
P2
你能说明为什么吗？
二、偏振棱镜 1.尼科尔棱镜
方解石 晶体
680
加拿大树胶
n 1.55
680
220
e
480
o
680
光轴
ne 1.486 no 1.658 n 1.55
2．Wollaston棱镜 两块光轴互相垂直的棱镜粘接而成，可使
两束线偏振光分开。
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2120 .10.21 Wednes day , October 21, 2020 人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。2 3:01:07 23:01:0 723:01 10/21/2 020 11:01:07 PM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2123 :01:072 3:01Oc t-2021- Oct-20 加强交通建设管理，确保工程建设质 量。23:01:0723 :01:072 3:01W ednesd ay , October 21, 2020 安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2120.1 0.2123:01:0723 :01:07 October 21, 2020 踏实肯干，努力奋斗。2020年10月21 日下午1 1时1分 20.10.2 120.10. 21 追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月21 日星期 三下午1 1时1分 7秒23:01:0720 .10.21 严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 下午11 时1分20 .10.212 3:01Oc tober 21, 2020 作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月21 日星期 三11时1 分7秒2 3:01:07 21 October 2020 好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午11时1 分7秒 下午11 时1分23 :01:072 0.10.21 一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10. 2120.1 0.2123:0123:01 :0723:0 1:07Oc t-20 牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月21日 星期三1 1时1分 7秒We dnesday , October 21, 2020 相信相信得力量。20.10.212020年10月 21日星 期三11 时1分7 秒20.1 0.21
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《光学》精品课程电子教案目录绪论第一章光的干涉第二章光的衍射第三章几何光学的基本原理第四章光学仪器的基本原理第五章光的偏振第七章光的量子性绪论返回目录§0-1 光学的研究内容和方法一、光学的重要性光学是一门有悠久历史的学科，它包含着人类自古以来对光的研究的丰硕果实。
光学在科学研究、工农业生产和军事上有着极为广泛的应用。
1、光的干涉：测光波波长)d r x (0λ=∆、测极薄物体的厚度)m (μ、检查光学表面、瓦斯探测器。
2、x 射线：研究物质结构（利用光谱——光谱是研究原子的眼睛）、透视人体。
3、光学纤维：光学纤维用于通讯，容量大，保密性好；胃镜也是应用光学纤维。
生产光学纤维可以说是点石成金。
4、红外技术：红外线波长大，衍射能力强，应用于各种探测系统、导弹制导，资源考察以及遥感遥控技术中。
5、激光器：材料加工、远距离测量、全息检测、医疗、育种、引发核聚变都应用激光。
海湾战争中，应用激光制导、夜视仪。
6、相干光学计算机：与电子数字计算机联合，为计算机科学开拓一个新的技术领域。
现正研究光集成计算机，计算速度可以提高上千倍，并代替人脑的部分功能。
*二、光学的研究内容1、光的发射、传播和接收等规律2、光和其他物质的相互作用。
包括光的吸收、散射和色散。
光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。
3、光的本性问题* 加拿大多伦多大学的科学家寻找到能“捕获”光的三维硅结构物，它能象半导体芯片控制电子一样控制光子运动。
该发现为研制开发采用光来处理和存储信息的计算机芯片迈出了重要一步。
光计算机的优点是芯片更小，运算速度更快。
《新华文摘》2001.44、光在生产和社会生活中的应用三、研究方法实验——假设——理论——实验§0-2 光学发展简史一、萌芽时期世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的墨翟。
从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德（公元前330～275年），差一百多年。
从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照，物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。
欧几里德在《光学》中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面时的入射角和折射角。
罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃泡具有放大性能。
阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于界面。
沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。
培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望远镜的可能性。
阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。
波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
特点：只对光有些初步认识，得出一些零碎结论，没有形成系统理论。
二、几何光学时期这一时期建立了反射定律和折射定律，奠定了几何光学基础。
李普塞（1587～1619）在1608年发明了第一架望远镜。
延森（1588～1632）和冯特纳（1580～1656）最早制作了复合显微镜。
1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星的卫星。
斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律附录：斯涅耳：常数=OBnOAn，迪卡尔1637年发表论文nnSiniSinr=常数生前未发表他的见解V IX=V2X V1y＜V2y 122x21x1VVVVVVri==sinsinV-光压传播速度迪卡尔导出折射公式是从光的微粒概念出发，他把光的传播看作压力在周围充满着以太物质的物体内传递的过程（正确的应是21V V Sinr Sini ） 费马于1657年提出费马原理—光在介质中传播时所走的光程取极值(胡不归问题)十七世纪下半叶，牛顿提出光的粒子说——光是微粒流，微粒从光源飞出，在真空或均匀物质内由于惯性而作匀速直线运动；惠更斯提出波动说——光是在“以太”中传播的波。
光的弹性波理论牛顿的《光学》一书，1704年出版；惠更斯的《论光》一书，1678年出版。
三、波动光学时期1801年，托马斯·杨做出了光的双缝干涉实验1808年，马吕发现了光在两种介质界面上反射时的偏振性。
1815年，菲涅耳提出了惠更斯——菲涅耳原理1845年，法拉弟发现了光的振动面在强磁场中的旋转，揭示了光现象和电磁现象的内在联系。
1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波通过以上研究，人们确信光是一种波动。
四、量子光学时期光的电磁理论不能解释黑体辐射能量按波长的分布和1887年赫兹发现的光电效应。
1900年普朗克提出辐射的量子理论；1905年爱因斯坦提出光量子假说；1923年康普顿和吴有训用实验证实了光的量子性。
至此，人们认识到光具有波粒二象性。
五、现代光学时期1960年，梅曼制成了红宝石激光器，激发的问世，使古老的光学焕发了青春，光学与许多科学技术领域相互渗透，相互结合，派生出许多崭新的分支。
主要包括：激光、全息照相术、光学纤维、红外技术。
激发、原子能、半导体、电子计算机被称作当代四大光明。
近年又产生了付立叶光学和非线性光学。
付立叶光学：将数学中的付立叶变换和通讯中的线性系统理论引入光学。
要求：1、看教材和参考书，培养自学能力。
2、作业要认真做，讲究格式，字迹工整，按时交送，作业分占20%，一学期缺5次以上取消考试资格。
3、不迟到、早退，有事请假，无事不旷课。
教材说明：按大纲要求，附录原则上不讲，带“*”号不讲。
第一章 光的干涉教学基本要求：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。
§1-1 光的电磁理论麦克斯韦 1865年一、光和电磁波之间的关系1、麦克斯韦电磁理论的内容、依据内容：光是某一波段的电磁波依据：1°，电磁波在真空中的传播速度 s /m 1031C 800⨯=με=，（1201085.8-⨯=ε，70104-⨯π=μ），等于光在真空中传播速度。
2°，光波和电磁波的传播都不需要媒质。
3°，光波和电磁波都能产生反射、折射、干涉、衍射。
4°，光和电磁波都有偏振性。
麦克斯韦提出光的电磁理论是依据科学的归纳法。
如：天下乌鸦一般黑。
2、光学和电磁学的物理量之间的联系电磁波在介质中的传播速度，依据电动力学返回目录精选文档r r 00r r c 111V με=με⋅με=εμ= （1）又，光在透明介质中的传播速度V 与真空中光速之间关系n c V =（2） 依据光波就是电磁波，（1）（2）比较，得r r n με=n 是光学中的物理量（描写光学性质）；r r ,με是电磁学中的物理量（描写物质的电学和磁学性质），上式把光学和电磁学两个不同领域中的物理量联系起来了。
评价：可否证度高，科学的目的是高度的信息内容，也就是高度的可否证性和可检验性。
（正方：《左传》说：“只要心里纯洁无邪，又何必担忧没有归宿呢？”《论语》说：“只要礼义上不出差错，又何必害怕别人说三道四呢？”反方：古语说：“诽谤不实之词太多了，金子也会被熔化；诬陷不实之词太多了，能把人的骨头磨垮。
羽毛数量多了，也能把船压沉，轻的东西多了，同样能把车轴压断。
”）麦克斯韦把光和电磁统一，朝向一个信息内容更高、可否证度更高、确认度更高，同时又更可几的理论进步。
（如“女人不是月亮”，可否证度低）3、光矢量电磁波的E 、H 和V 之间关系，如右图对人的眼睛或感光仪器起作用的是电场强度矢量E 。
E称光矢量。
4、可见光是某一波段的电磁波。
电磁波谱：从长波到短波，无线电波、红外线、可见光、紫外线、x 射线、γ射线。
可见光波长范围 3900Ǻ～7800Ǻ返回目录1 Ǻ=10-10m=10-8cm=10-7mm=10-4μm=10-1nm(1m=102cm=103mm=106μm=109nm)可见光波长范围：3.9×10-5～7.8×10-5cm3.9×10-4～7.8×10-4mm390～780nm 纳米材料 1-100nm按频率：7.7×1014～4.1×1014Hz光的颜色决定于光的频率或真空中波长。
二、光的强度光的强度或辐照度即光的平均能流密度 t s w I ⋅= 2A I ∝ ， A ——电场强度振幅 )cos(ϕ+ω=t A E相对强度 2A I =为什么系数可以取“1”如折射 2022020A A kA kA I 1== 与k 取值无关，为方便计，k 取1。
§1-2 波动的独立性，迭加性和相干性一、机械波的独立性和迭加性1、波的独立性互不干扰原理2、波的迭加性两列波在某点相遇 21ψ+ψ=ψ或21A A A +=书中“迭加性是以独立性为条件的”，如果失去独立性，其中一个受另一个影响，AA 0返回目录振幅变了，不能相加。
3、迭加的数学意义 波动方程u a tu 3222∆=∂∂是线性微分方程 u 1是方程的解，u 2是方程的解，则c 1u 1+c 2u 2也是方程的解。
4、干涉条件：两列波频率相同，振动方向一致，传至空间某点位相差恒定现象：固定的加强和减弱，呈空间周期性分布二、干涉现象是波的特性物体发射光时损失能量；吸收光时获得能量。
光在物质中传播时能量从物质的一部分迁移到另一部分。
这种迁移可能依靠波动，也可能依靠移动着的微粒，无法依此判断光是粒子还是波动。
光的干涉减弱用粒子性无法解释，光的干涉现象肯定了光的波动本性。
凡是强场按一定分布的干涉花样出现的现象，都可作为该现象具有波动本性的最有力的实验证据。
微观粒子具有波动性就是从电子干涉实验得到验证。
三、相干与不相干迭加两列简谐波迭加，在空间某一点振动方向一致，频率相同，波的迭加归结为两简谐振动的迭加)cos(111t A ϕ+ω=ψ222cos()A t ωϕψ=+ψ可以看作机械振动中的位移，也可以看作光振动中的合振动 )cos(ϕ+ω=ψ+ψ=ψt A 21)cos(A A 2A A A 122122212ϕ-ϕ++=22112211A A A A tg ϕ+ϕϕ+ϕ=ϕcos cos sin sin平均相对强度22012I A TA dt t τ=>>⎰22212122101[2cos()]A A A A dt tϕϕ=++-⎰ 222121221012cos()A A A A dt t ϕϕ=++-⎰ 1、相干迭加若位相差恒定，即12ϕ-ϕ=常数)cos(A A 2A A I 12212221ϕ-ϕ++= (*)1°，当π⋅=ϕ-ϕ2j 12 j=0，±1，±2，… 1)cos(12=ϕ-ϕ221)A A (I +=，干涉相长或加强2°，当π+=ϕ-ϕ)1j 2(12，j=0，±1，±2，… 1)cos(12-=ϕ-ϕ221)A A (I -=，干涉相消或减弱3°，当21A A =且)(12ϕ-ϕ为任意其他值2cos A 4)]cos(1[A 2I 122211221ϕ-ϕ=ϕ-ϕ+=（**） 2、不相干迭加当)t (f 12=ϕ-ϕ，位相差在0～2π之间几率均等地变化 （两个独立光源发出的光即是如此）22101cos()0dt t ϕϕ-=⎰ 2221A A I += 各处光强均匀分布指出：以上指t 2时间内的平均值，在某一瞬时仍是振幅相加，只不过人眼反应不过来而已。