光學中研究光的屬性和光在媒質中傳播時各種性質的學科。以光是一種波動為基礎的物理光學,稱為波動光學;以光是一種粒子為基礎的物理光學,稱為量子光學。本書以光的波動性為主要研究對象,從電磁波理論和傅里葉分析兩個角度,研究光的傳播、干涉、衍射、偏振性質,以及光的信息處理。在這些經(jīng)典內容的編排上,力求結構合理、鋪墊充分、線索清晰。除了基礎內容外,還適當增加了光壓、光子晶體、干涉條紋分析等,以反映科學研究和工程應用中的熱點問題。
光學是繼力學、熱學、電磁學之后的第四門理科類專業(yè)基礎課,是理科學生的一門必修課。本課程作為理科的重要基礎課,要讓學生通過光學課的學習充分了解光學的基本現(xiàn)象、牢固建立清晰的物理圖像、深入掌握光學的基本概念和基本規(guī)律、基本了解近代光學中的一些基本概念和當前前沿科研課題的一些研究現(xiàn)狀、切實提高獨立分析和解決光學問題的能力。既要讓學生為相應后繼課程(比如:激光原理與技術、非線性光學、量子光學、信息光學、光譜學等)的學習打好知識基礎,又要為學生畢業(yè)后從事與物理學、尤其與光學有關的科學研究、教學及相關工作做好必要的理論和實驗知識的準備。光學課程的重點內容是薄透鏡成像、光學儀器、楊氏干涉、相干條件、菲涅耳衍射、夫瑯禾費衍射、衍射光柵、五種偏振態(tài)及其轉換等。光學課程的學習難點分別是:幾何光學中的成像的基本概念,波動光學中的波動的復振幅表示、時空相干性和偏振光的干涉,晶體光學中的雙折射。
光的本性(物理光學)也是光學研究的重要課題。微粒說把光看成是由微粒組成,認為這些微粒按力學規(guī)律沿直線飛行,因此光具有直線傳播的性質。19世紀以前,微粒說比較盛行。但是,隨著光學研究的深入,人們發(fā)現(xiàn)了許多不能用直進性解釋的現(xiàn)象,例如干涉、衍射等,用光的波動性就很容易解釋。於是光學的波動說又占了上風。兩種學說的爭論構成了光學發(fā)展史上的一根紅線。
狹義來說,光學是關于光和視見的科學,optics(光學)這個詞,早期只用于跟眼睛和視見相聯(lián)系的事物。而今天,常說的光學是廣義的,是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到X射線的寬廣波段范圍內的,關于電磁輻射的發(fā)生、傳播、接收和顯示,以及跟物質相互作用的科學。光學是物理學的一個重要組成部分,也是與其他應用技術緊密相關的學科。
《光學》是高等師范院校物理教育專業(yè)本科生必修的基礎課程,是學位課程。
光學是物理學中最古老的一門基礎學科,又是當前科學領域中最活躍的前沿陣地之一,具有強大的生命力和不可估量的發(fā)展前途。學好光學,既能為物理系學生進一步學習原子物理、量子力學、相對論等課程準備必要的前提條件,又有助于進一步探討微觀和宏觀世界的聯(lián)系與規(guī)律。
2.教學總體目標與要求
通過課堂教學,系統(tǒng)闡述光學的基本概念、理論及研究方法,逐步培養(yǎng)學生物理思維能力(即觀察和實驗,進而抽象、概括物理本質,以及運用數(shù)學知識解決物理問題等方面的能力),使他們在較短的時間內對光學課程的內容有一個盡可能整體的理解,從總體上把握現(xiàn)代科學技術的潮流。
通過實驗教學,使學生掌握一些實驗的基本知識,培養(yǎng)學生的實驗基本技能和基本方法以及實事求是、嚴格認真的科學態(tài)度和工作作風。
光學是當前科學領域中較活躍的前沿學科之一,它與科學和技術結合日益加強,在教學中要展現(xiàn)現(xiàn)代光學技術的成就。在教學中還要注意培養(yǎng)學生嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度,引導學生逐步掌握物理學的研究方法和培養(yǎng)濃厚的學習興趣。采取現(xiàn)代化教學手段,提高學生的學習積極性并發(fā)揮其主觀能動性,從而提高教學效果。
在教學過程中,各章節(jié)需配備一定數(shù)量的例題、課堂練習題和課后習題,以鞏固所學知識,提高解決實際問題的能力。并且應盡可能地采取多種教學形式,調動學生學習的積極性和主動性,提高學習效果。
在各章節(jié)知識點中,按“了解”、“理解”、“掌握”三個層次要求。
1.了解
對于本課程的次要內容要求學生能夠了解。所涉及的內容都是一些基本概念和簡單敘述,只要了解,沒有進一步深入和擴展的要求。
2.理解
對于本課程的一般內容要求學生能夠理解。即要求學生能夠理解所學內容,對所涉及的內容能夠進行簡單的分析和判斷。
3.掌握
對于本課程的重點內容要求學生達到掌握的程度。即要求學生能夠全面、深入地掌握所學內容,能夠舉一反三,熟練解決相關問題。
二、預修課程
高等數(shù)學、力學、電磁學
三、教學重點與難點
詳見各章節(jié)
四、教材和參考書目
教材:《光學教程》第四版,姚啟鈞等,高等教育出版社,2008.