哈尔滨工业大学

物理光学

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课程概述

“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。本课程以光的电磁理论为理论基础,着重讲授了光在各向同性介质传播特性,光的干涉,光的衍射,光在各向异性介质中的传播特性,晶体的感应双折射,光的吸收、色散和散射等内容。

近十年“物理光学”课程组进行了以教学方法和考试方法为核心的综合性改革,目的是把讲课的重点从刻板数据公式的传授转向培养灵活的思维能力上来,使学生不仅学到具体的知识,更重要的是学到获取知识的方法,提高分析问题、解决问题的能力,重点培养学生的科学素质和创新能力。经过十年的实践,上述教学方法和考试方法的改革取得了明显的教学效果:2007年被评为省级精品课程;2010年被评为国家精品课程;2013年被评为国家精品资源共享课程。2016年春季已经建成了在线课程。

2016年春季已经建设成了在线课程,在中国大学MOOC平台上成功运行三回,已有上万名学生在线学习。课程具备全套物理光学相关资料,包括教学视频、讲义、内容总结、典型例题讲解、部分课后作业题解答等素材。把物理光学从课堂扩展到网络,让网络辅助课堂,自由灵活、生动形象展现物理光学奥秘。


授课目标
教学目标是不仅让学生深入掌握物理光学的核心内容,而且学到获取知识的方法,提高分析问题、解决问题的能力,重点培养学生的科学素质和创新能力。
证书要求

本课程分合格证书与优秀证书两种。按百分制计分,60分至84分为合格,85分至100分为优秀。

总分值来自3部分:1.两次阶段考试(分别在第二章、第四章课程学习之后,总计60分);2.期末考试(30题30分);3.课堂交流讨论10分(在“课堂交流区”中平均每讲跟帖回复2次,总次数20次,即可获得满分10分)。


预备知识

    本门课程是专业基础课,学习者应具备一定数学基础,“高等数学”以及“大学物理光学部分的学习对本门课程的学习具有一定的帮助,但不是必须要求。

授课大纲

第一章 光在各向同性介质中的传播特性

1.1 光波的特性

1.1.1 光波与电磁波 麦克斯韦方程

1.1.2 几种特殊形式的光波

1.1.3 光波场的时域频率谱

1.1.4 相速度和群速度

1.1.5 光波场的空间频率和空间频率谱

1.1.6 光波场的横波性、偏振态及其表示

1.2 光波在介质界面上的反射和折射

1.2.1 反射定律和折射定律

1.2.2 菲涅耳公式

1.2.3 反射率和透射率

1.2.4 反射率和折射率的相位特性

1.2.5 反射和折射的偏振特性

1.2.6 全反射

第二 光的干涉

2.1 双光束干涉

2.1.1 产生干涉的条件

2.1.2 典型双光束干涉

2.1.2.1 杨氏干涉

2.1.2.2 等倾干涉

2.1.2.3 等厚干涉

2.2 平行平板多光束光干涉

2.3 光学薄膜

2.4 典型干涉仪及其应用

2.4.1 迈克尔逊干涉仪

2.4.2 法布里—珀罗干涉仪

2.4.3 干涉滤光片

2.5 相干性与定域性

2.5.1 光的相干性

2.5.2 干涉的定域性

第三 光的衍射

3.1 衍射的基本原理

3.1.1 光的衍射现象及惠更斯-菲涅耳原理

3.1.2 基尔霍夫衍射公式

3.1.3 基尔霍夫衍射公式的近似

3.2 夫朗和费衍射

3.2.1 夫朗和费矩形孔衍射

3.2.2 夫朗和费圆孔衍射

3.2.3 光学成像系统的分辨本领

3.2.4 夫朗和费单缝衍射

3.2.5 夫朗和费多缝衍射

3.2.6 巴俾涅原理

3.3 菲涅耳衍射

3.3.1 菲涅耳波带法

3.3.2 菲涅耳圆孔衍射及波带片

3.4 光栅的应用

3.4.1 衍射光栅

3.4.2 闪耀光栅

3.4.3 光谱仪

第四 光在各向异性介质中的传播特性

4.1 晶体的光学各向异性

4.2 理想单色平面光波在晶体中的传播

4.2.1.1 单色平面光波在晶体中传播特性

4.2.1.2 光波在晶体中传播特性的描述

4.2.1.3 光在几种特殊晶体中的传播规律

4.2.1.4 离散角

4.2.2.1 折射率椭球

4.2.2.2 应用折射率椭球讨论晶体的光学

4.2.2.3 其他三种几何图法

4.3 平面光波在晶体界面上的反射和折射

4.4 晶体光学元件

4.4.1 偏振片

4.4.2 波片和补偿器

4.5 晶体的偏光干涉

第五 晶体的感应双折射

5.1 电光效应

 5.1.1 电光效应的描述 

    5.1.2 KDP晶体的线性电光效应

5.2 法拉第效应

第六 光的吸收、色散和散射

6.1 光与介质相互作用的经典理论

6.2 光的吸收

6.3 光的色散

6.4 光的散射

参考资料

教材:物理光学与应用光学(第三版). 石顺祥. 西安电子科技大学出版社. 201411.

参考书:

1、物理光学(第三版). 梁铨廷. 电子工业出版社. 20084.

2、物理光学学习指导与解题(第二版). 刘翠红. 电子工业出版社. 20132.

3、物理光学与应用光学学习指导书(第三版). 石顺祥. 西安电子科技大学出版社. 201411.

常见问题

通过前次开课经验,调整分数构成。每章自测仅作为学生自我检验学习成果和练习之用,不计入总分。最终成绩为两次阶段考试(60分)+期末考试(30分)+讨论分(10分),共计100分。请接到邮件通知后尽量参加考试,获得证书!


千万别忘记参加考试哦!!!

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