《物理光学》教学大纲

一、课程基本信息

课程名称/英文名称: 物理光学/Physical Optics 课程代码: EE131H
课程层次: 本科生课程 学 分/学 时: 3/48
主要面向专业: , 授课语言: 中英文
先修课程: 建议先修课程说明: 高等数学,普通物理I,电磁学
开课单位: 信息科学与技术学院 课程负责人: 邹毅

二、课程简介

本课程将从光的波动本质出发来介绍光的性质,包括光的偏振特性,干涉特性,和衍射特性,并从物理光学的角度来解释光学成像系统中的解析度极限问题,波长分辨率等相关问题。

三、课程教学目标

在本课程中,我们将采用物理光学来对光学的基本定理和基本现象进行讨论,让大家进一步了解光的性质,能够了解多种光学现象背后的物理本质以及相关应用。

四、课程教学方法

课堂教学、课后作业、以及期中和期末考试。

五、课程教学内容与安排

章节名称

主要教学内容

(主要知识点)

教学周

学时安排

教学方法

(仅列名称)

第一章 波动

1.1 一维波

1.2 谐波

1.3 相位和相速度

1.4 叠加原理

1.5 复数表示

1.6 相矢量和波的相加

1.7 平面波

1.8 三维波动微分方程

1.9 球面波

1.10 柱面波

第一、二周

6学时

课堂教学、课后复习(作业)、

第二章 电磁理论、光子和光

2.1 电磁理论

2.2 电磁波

2.3 能量和动量

2.4 光在大块物质中

2.5 电磁-光子谱

第三周

3学时

课堂教学、课后复习(作业)、

第三章 光的传播

3.1 瑞利散射

3.2 反射

3.3 折射

3.4 费马定理

3.5 电磁学研究方法

3.6 全内反射

3.7 金属的光学性质

3.8 光和物质相互作用

第四周

3学时

课堂教学、课后复习(作业)、

第四章 几何光学

4.1 透镜

4.2 光阑

4.3 反射镜

4.4 棱镜

4.5 光学系统

第五、六、七周

9学时

课堂教学、课后复习(作业)、

第五章 偏振

5.1 偏振光的本质

5.2 起偏器

5.3 二向色性

5.4双折射

5.5 散射和偏振

5.6 反射引起的偏振

5.7 延迟器

5.8 圆偏振器

5.9 旋光性

5.10 液晶

第八、九周

6学时

课堂教学、课后复习(作业)、

第六章 波的叠加和干涉

6.1 同频波的相加

6.2异频波的相加

6.3 非周期波

6.4发生干涉的条件

6.5 分波阵面干涉仪

6.5 分振幅干涉仪

6.6 多束光的干涉

6.7 单层和多层薄膜的应用

6.8 干涉测量术的应用

第十、十一、十二周

9学时

课堂教学、课后复习(作业)、

第七章 衍射

7.1 夫琅禾夫衍射

7.2 菲涅尔衍射

第十三、十四周

6学时

课堂教学、课后复习(作业)、

第八章光学应用

8.1 傅里叶光学应用

8.2 相干理论

8.3全息术

8.4 非线性光学

第十五、十六周

6学时

课堂教学


六、考核方式和成绩评定方法

作业                                           30%
期中考试                                       30%
期末考试                                       40%

七、教材和参考书目

(一)、推荐教材

书名 作者 译者 出版社 出版年月 ISBN 版次
Optics (5th Edition) Eugene Hecht Publisher: Pearson January 2, 2016 978-0133977226 5
Optics (5th Edition) Eugene Hecht Publisher: Pearson January 2, 2016 978-0133977226 5

(二)、参考书目

书名 作者 译者 出版社 出版年月 ISBN 版次
Introduction to Modern Optics Fowles Dover Publications 1975 978-0486659572
Introduction to Optics F.L. Pedrotti, L.S. Pedrotti, and L.M. Pedrotti Cambridge University Press 2007 978-1108428262 3
Introduction to Modern Optics Fowles Dover Publications 1975 978-0486659572
Introduction to Optics F.L. Pedrotti, L.S. Pedrotti, and L.M. Pedrotti Cambridge University Press 2007 978-1108428262 3

八、学术诚信教育

本课程高度重视学术诚信,严禁抄袭、作弊等行为。
“在学习、科研、实习实践等活动中,学生应恪守学术道德,坚守学术诚信,保护知识产权,坚持勇于创新、求真务实的科学精神,努力培养自己严谨求实、诚实自律、真诚协作的科学态度,成为良好学术风气的维护者、严谨治学的力行者、优良学术道德的传承者。”
(具体请参见《上海科技大学学生学术诚信规范与管理办法(试行)》文件要求)

九、其他说明(可选)

《Physical Optics》Syllabus

1.Basic course information

course name Physical Optics course code EE131H
Course Level Undergraduate Credit/Contact Hour: 3/48
Major: , Teaching Language Chinese and English
Prerequisite NULL Prerequisite suggestion
School/Institute School of Information Science and Technology Instructor zouyi

2.Course Introduction

The purpose of this course is to provide a fundamental understanding of optics where the wave nature of light is taken into account. Physical optics covers polarization, interference and diffraction of light. The physical optics approach is necessary for understanding the limits of resolution of optical imaging systems. In this course, we will discuss the general principles, phenomena which require physical optics for their explanation and applications.

3.Learning Goal

4.Instructional Pedagogy

5. Course Content and Schedule

1.   Wave Motion

-Harmonic Waves, Phase and Phase Velocity, The Superposition Principle, The Complex   Representation, Plane Waves, Spherical Waves and Cylindrical Waves

2.    Electromagnetic Theory, Photons, and Light

-Electromagnetic Waves, Energy and Momentum, Light in Bulk Matter, The Electromagnetic-Photon Spectrum

      3.   The Propagation of Light

-Rayleigh Scattering, Reflection, Refraction, The Electromagnetic Approach, Total Internal Reflection, Optical Properties of Metals, The Interaction of Light and Matter

      4.    The Superposition of Waves

-The Addition of Waves of the Same Frequency, The Addition of Waves of Different Frequency, Anharmonic Periodic Waves, Nonperiodic Waves

     5.    Polarization

-The Nature of Polarized Light, Polarizers, Dichroism, Birefringence, Scattering and Polarization, Polarization by Reflection, Retarders, Circular Polarizers

      6.   Interference

-Conditions for Interference, Wavefront-Splittering Interferometers, Amplitude-Splitteing Interferometers, Multiple-Beam Interference, Applications of Single and Multilayer Films

      7.    Diffraction

-Fraunhofer Diffraction, Fresnel Diffraction, Applications of the Fourier Transform to Diffraction, Reconstruction of the Wave Front by Diffraction Holography

6.Grading Policy

Homework                                      30%
Midterm exam                                  30%
Final exam                                      40%

7. Textbook & Recommended Reading

(1) Textbook

book name author translator press publication time ISBN edition
Optics (5th Edition) Eugene Hecht Publisher: Pearson January 2, 2016 978-0133977226 5
Optics (5th Edition) Eugene Hecht Publisher: Pearson January 2, 2016 978-0133977226 5

(2) Recommended Reading

book name author translator press publication time ISBN edition
Introduction to Modern Optics Fowles Dover Publications 1975 978-0486659572
Introduction to Optics F.L. Pedrotti, L.S. Pedrotti, and L.M. Pedrotti Cambridge University Press 2007 978-1108428262 3
Introduction to Modern Optics Fowles Dover Publications 1975 978-0486659572
Introduction to Optics F.L. Pedrotti, L.S. Pedrotti, and L.M. Pedrotti Cambridge University Press 2007 978-1108428262 3

8.Academic Integrity

9.Other Information (Optional)