1、物理光學 課程教案主頁 第1 次課 授 課 章 節題 目緒 論學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1、使學生了解本課程的主要內容及目的、在專業學習中的地位、課程的特點、所用教材及參考書目等；2、使學生了解光學的研究內容和方法，了解光學的發展簡史；3、了解光學知識框架及特點；4、了解學習光學的方法。教學主要內容（注明：重點*、難點#）：0.1 光學的研究內容和方法*0.2 光學的發展簡史0.3 光學特點及學習光學的方法#作業、思考題：簡述光的波粒二象性；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，201

2、3.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第 1 次課 緒論應用光學是光學工程、測控技術與儀器和電子科學與技術等專業的技術基礎課。它主要是講解幾何光學、典型光學儀器原理、光度學、色度學、光纖光學系統、激光光學系統及紅外光學系統等的基礎理論和方法。主要用于工程實踐應用研究。 物理光學是從光的波動性出發來研究光在傳播過程中所發生的現象的學科，所以也稱為波動光學。它可以比較方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向異性的媒質中傳插時所表現出的現象。主要是理論研究。 光學史 光學

3、是人們對光進行研究和應用的科學。 首先，它是一門古老的學科。早在4000年前的古埃及和約3000年前的中國，人們就有利用光學現象的先例。如銅鏡、凹面鏡取火（周禮考工記，周朝）等。到了公園前400年，我國出現了有關針孔成像（墨經，先秦。“景到（倒），在午有端，與景長，說在端。）、平面鏡和球面鏡（夢溪筆談，宋朝）等早期光學實驗記錄。今天光學教科書的傳統內容已十分豐富。 其次，它又是一門朝陽學科。自1960年激光問世以來，光學滲透到了各個領域，并出現了交叉分支。 人們對光學的科學研究集中在光的本質、光的傳播以及與物質的相互作用方面。對于光究竟是什么，直到17世紀才形成兩種看法各異的觀點微粒說和波動說

4、。n 微粒說的代表人物是笛卡爾（R. Descartes）和牛頓（I. Newton）。n 其認為發光物體都發射光微粒，這些微粒可在真空或透明介質中以巨大速度沿直線運動。n 微粒說可解釋光的直線傳播、光的反射現象，亦可勉強解釋光的折射。但對實驗中相繼發現的大量光的干涉、衍射和偏振現象卻無法解釋。 n 波動說是有胡克（R. Hooke）和惠更斯（C. Huygens）提出的。n 其認為光是一種波動，光的傳播不是微粒的運動，而是運動能量按波的形式遷移的過程。n 波動說能更簡單地解釋光的反射、折射現象。n 遺憾的是由于把光現象看成某種機械運動過程，認為光是一種彈性波，因而必須臆想一種特殊的彈性介質（

5、以太）充滿空間，這種介質應密度極小和彈性模量極大。這些均無法實驗驗證。 n 加之當時出于牛頓在力學方面的巨大貢獻，因此對波動說幾乎無人相信。n 直到19世紀初，由于楊氏（T. Young）、菲涅爾（A. J. Fresnel）等一批科學家的不懈努力，令人信服地用波動說解釋了光的干涉、衍射和偏振現象，波動理論的地位才被確立。 n 在光學發展過程中，曾出現過令物理學家大為困惑的，極力尋找和證實的物質以太(ether)。既然光是一種波，那么，它賴以傳播的介質是什么？ 閩南理工學院備課筆記 第 1 次課 n 這個問題直到19世紀末隨著洛倫茲（H. A. Lorentz）創立電子論及隨后的場論，才使以太

6、論最終拋棄。 n 至此，人們以為最終認識了光的本質。n 然而本世紀初，在解釋黑體輻射、光電效應及康普頓散射等現象時，波動說卻無能為力。n 1905年，愛因斯坦（A. Einstein）重新提出光的粒子性概念光子，從而解決了以上的問題。 n 光有粒子性和波動性雙重性質波粒二相性，不同場合表現出的屬性不同。n 60年代，由于激光的發明，使得人們在光通訊、全息術、非線性光學、光信息處理等方面能大顯身手。 電磁波輻射是以兩個互相耦合的波矢量方式來傳遞的，一個是電場波，一個是磁場波。波動光學理論近似于電磁理論，幾何光學是在短波長范圍的更進一步簡化，因此，可以認為電磁光學包含了波動光學，而波動光學又包含了

7、幾何光學。量子光學的理論幾乎可以解釋所有光學現象，比電磁光學更具一般性。全量子理論可以解釋經典或半經典所不能解釋的自發輻射、光子統計和激光線寬等問題。在研究光與介質（一般為二能級的原子模型）的相互作用時，有如下幾種處理方法：經典方法:麥克斯韋方程描述場 + 用經典電磁學方法處理原子與光場的相互作用。半經典方法：麥克斯韋方程描述場 + 量子力學方法處理原子與光場的相互作用。（如最常用的Maxwell-Blocth方程）。全量子方法：場進行量子化 + 原子在場中的行為也用量子力學方法處理（Janes-Cummings 模型）。物理光學 課程教案主頁 第2 次課 授 課 章 節題 目第1章 光的電磁

8、理論學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1.學習光波的電磁理論；2.理解光的傳播形式。教學主要內容（注明：重點*、難點#）：1.1 光的電磁波性質*1.2 單色平面波和球面波 #1.3 光源和光的輻射。作業、思考題：思考題：1.1、1.2；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第 2 次課 光的電磁波特性 一、光波與電磁波、麥克斯韋電磁

9、方程1、電磁波譜光波、X射線、射線都是電磁波，它們電磁特性相同，只是頻率不同而已。如果按其頻率（或波長）的次序排列成譜，則稱為電磁波譜， 通常所說的光學區域（或光學頻譜）包括：紅外線、可見光和紫外線。 (1)紅外線 遠紅外：1mm-20um 中紅外：20um-1.5um 近紅外：1.5um-0.76um (2)可見光 紅色：760nm-650nm 橙色：650nm-590nm黃色：590nm-570nm 綠色：570nm-490nm 青色：490nm-460nm 藍色：460nm-430nm 紫色：430nm-380nm(3)紫外線 近紫外：380nm-300nm 中紫外：300nm-200n

10、m 真空紫外：200nm-10nm 各種波長的電磁波中，能為人所感受的是 (390760)nm的窄小范圍 對應的頻率范圍是 n = （7.7 3.9）1014 HZ 這波段內電磁波叫可見光，在可見光范圍內，不同頻率的光波引起人眼不同的顏色感覺光的電磁性質物質方程：描寫物質在場作用下特性的關系式。 靜止的、各向同性的媒質中 閩南理工學院備課筆記 第 2 次課 電磁場的波動性：電磁場以波的形式在空間傳播。從麥克斯韋方程出發，可以證明電磁場的傳播具有波動性為簡便起見我們討論在無限大的、各向均勻、透明、無源媒質中的電磁波.雖然這里對媒質的性質做了許多規定，但是空氣、玻璃等光學媒質確實近似地滿足這些要求

11、.最簡單的平面波是簡諧波平面波對于沿Z軸正向傳播的簡諧平面波可用余弦函數表示為： 其中：A和A分別是電場和磁場的振幅矢量 V是平面波在介質中的傳播速度，是波長1、橫波特性：電矢量和磁矢量的方向均垂直波的傳播方向。2、E、B、k互成右手螺旋系 ，上述關系能由一個場量及波傳播方向確定另一個場量的方向。3、E和B同相。物理光學 課程教案主頁 第3次課 授 課 章 節題 目第1章 光的電磁理論學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1.學習光波的反射折射理論；2.理解光的投射反射規律。教學主要內容（注明：重點*、難點#）：1.

12、4 光在介質分界面上的反射和折射 * #1.5 全反射和隱失波 1.6 光波在金屬表面的透射和反射作業、思考題：思考題：1.3、1.5；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第3 次課 光在電介質分界面上的反射和折射單色平面電磁波入射到兩電介質表面時引起的傳播方向、振幅、相位、能量及偏振性的變化 一、電磁場的連續條件在沒有傳導電流和自由電荷的介質中 B和D的法向分量在界面上連續E和H的切向分量在界面上連續二、任一方

13、位振動的光矢量E可分解成兩個互相垂直的分量 p分量：平行于入射面振動 S分量：垂直于入射面振動 閩南理工學院備課筆記 第3 次課 閩南理工學院備課筆記 第3 次課 物理光學 課程教案主頁 第4次課 授 課 章 節題 目第1章 光的電磁理論學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1.學習光波的吸收、色散和散射；2.理解光單色光波的疊加和干涉。教學主要內容（注明：重點*、難點#）：1.7 光的吸收、色散和散射*1.8 單色光波的疊加和干涉* #1.9 不同頻率光波的疊加 1.10 復雜波的分解作業、思考題：思考題：1.6、

14、1.8；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第 4次課 閩南理工學院備課筆記 第 4次課 物理光學 課程教案主頁 第5次課 授 課 章 節題 目第2章 光的干涉及其應用2.1 實際光波的干涉及實現方法學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1. 理解相位差、光程差概念2. 能分析單色光波干涉圖樣的形狀及特點3. 了解分波面干涉是獲取相干光

15、的一種方法教學主要內容（注明：重點*、難點#）：2.1 實際光波的干涉及實現方法* #作業、思考題：思考題：2.1、；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第 5 次課 相干條件如圖所示，當用兩個貌似相同的光源照明兩個小孔S1和S2時，在觀察屏上無論如何也看不到強弱變化的干涉條紋。 但是如果只用一個很小的“單色”光源照明時，如右下圖所示，在觀察屏上立刻可以看到強弱變化的干涉條紋。如果改用日光燈通過一個小孔照明兩個小

16、孔時，還可以看到彩色的干涉條紋。 結論：只有兩個光波有著緊密關聯，這兩個光波才會發生干涉。1、兩疊加光波光矢量頻率相同2、兩疊加光波光矢量的振動方向相同3、兩疊加光波的位相差固定不變，是產生干涉的必要條件。 補充條件：兩疊加光波能發生干涉的光程差不超過光波的波列長度。光波分離方法 由于原子發出光波波列的相位、頻率和振動方向的隨機性，因此不滿足相干條件。要獲得嚴格滿足相干條件的相干光，只能將源于同一波列的光通過一定的裝置分成幾束光波， 然后使其經過不同的途徑相遇疊加令其產生干涉。1、分波前（陣面）法分波前法：把光波的波（前陣面）分為兩部分。如楊氏雙縫干涉實驗2、分振幅法分振幅法：利用兩個部分反射

17、的表面通過振幅分割產生兩個反射光波或透射光波。如薄膜干涉。注意：由于光源輻射的光波是一段段有限長度的波列，進入干涉裝置的每個波列也都分成同樣長的兩個波列，當它們達到相遇點的光程差大于波列長度時這兩個波列就不能相遇。這時相遇的是對應光源前一發光時段和后一發光時段發出的波列，這樣一對不同時刻的波列不滿足相干條件，不會產生干涉。因此，要使兩迭加光波能發生干涉，必須使光程差小于光波的波列長度。 閩南理工學院備課筆記 第 5 次課 1、薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一明條紋（暗條紋）應出現在膜的厚度相等的地方由于光波波長極短，所以微薄膜干涉時，介質膜應足夠薄，才能觀

18、察到干涉條紋2、用手緊壓兩塊玻璃板看到彩色條紋，陽光下的肥皂泡和水面飄浮油膜出現彩色等都是薄膜干涉3、薄膜于涉在技術上可以檢查鏡面和精密部件表面形狀；精密光學透鏡上的增透膜習題：干涉實驗中，用白光做光源，在屏上觀察到彩色干涉條紋若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片，另一縫前放一綠色濾光片，這時 （ D ）A在屏上出現紅色干涉條紋 B在屏上出現綠色干涉條紋C在屏上出現紅綠相間的干涉條紋 D無干涉條紋物理光學 課程教案主頁 第6次課 授 課 章 節題 目第2章 光的干涉及其應用2.2 楊氏干涉學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要

19、求： 1.學習楊氏雙縫干涉；2. 掌握楊氏干涉實驗裝置的特點及其干涉圖樣的特點。教學主要內容（注明：重點*、難點#）：2.2 楊氏干涉 * #作業、思考題：思考題：2.2、；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第 6 次課 楊氏干涉實驗是利用分波前法發產生干涉的著名例子，1801年，英國物理學家托馬斯.楊首次用分波陣面的方法實現了光的干涉，他用疊加原理解釋了干涉現象，為光的波動學說的確立奠定了基礎。一、實驗裝置

20、閩南理工學院備課筆記 第 6 次課 物理光學 課程教案主頁 第7次課 授 課 章 節題 目第2章 光的干涉及其應用2.3 分波前法干涉的其他實驗裝置2.4 干涉條紋的對比度學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1. 了解分波前法干涉的其他實驗裝置；2. 分析干涉條紋的對比度。教學主要內容（注明：重點*、難點#）：2.3分波前法干涉的其他實驗裝置* 2.4 干涉條紋的對比度* #作業、思考題：思考題：2.4、；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版

21、社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第7次課 分波前干涉的其它實驗裝置1.菲涅耳雙面鏡 2、菲涅耳雙棱鏡 3、洛埃鏡 閩南理工學院備課筆記 第7次課 條紋的對比度 干涉場中某一點P附近條紋的清晰度用條紋的對比度(或稱可見度)來量度，K定義為： Imax和Imin分別為P點附近的強度極大值和極小值。當Imin=0時，Kl，可見度有最大值(完全相干）。當ImaxImin時，可見度降為零，條紋消失（非相干）。當0 Imin/4的區域，條紋可見度下降，觀察不到清晰的干涉條紋；而在 /4的區域，盡管采用了擴展光源，仍可看到清晰的干

22、涉條紋。能夠得到清晰條紋的區域稱為定域區（定域干涉）。可見，定域干涉是和擴展光源的使用聯系在一起，它本質上是一個空間相干性問題。二、平行平板產生的干涉等傾干涉由擴展光源發出的一束光經平行平板的上下表面的反射和折射后，將在在無窮遠處，或者透鏡焦平面上相遇。由于在相遇位置，兩束光來自于同一光線SA，因此能夠產生干涉現象，并且干涉孔徑角=0 閩南理工學院備課筆記 第8次課 光束1和2兩者之間的光程差為如果平板是絕對均勻的，折射率 n 和厚度 h 均為常數，則光程差只決定于入射光在平扳上的入射角q1。等傾干涉：具有相同入射角的光經平板兩表面反射所形成的反射光，在其相遇點上有相同的光程差，也就是說, 凡

23、入射角相同的光，形成同一干涉條紋。 產生等傾干涉的裝置如圖：透鏡光軸與平行平板 G 垂直時，等傾干涉條紋是一組同心圓環，其中心對應ql = q2= 0 的干涉光線，即透鏡光軸上。物理光學 課程教案主頁 第9次課 授 課 章 節題 目第2章 光的干涉及其應用2.6 楔形平板產生的干涉學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1. 掌握楔形平板產生的干涉的干涉特點；2. 分析楔形平板產生的干涉的條紋關系。教學主要內容（注明：重點*、難點#）： 2.6 楔形平板產生的干涉* #作業、思考題：思考題：2.6、；參 考 資 料：1

24、、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第9次課 物理光學 課程教案主頁 第10次課 授 課 章 節題 目第2章 光的干涉及其應用2.7 邁克耳孫干涉儀2.8 多光束干涉學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1. 學會使用邁克耳孫干涉儀；2. 了解多光束干涉。教學主要內容（注明：重點*、難點#）： 2.7 邁克耳孫干涉儀* #2.8 多光束干涉作業、思考題：

25、思考題：2.6、；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第10次課 閩南理工學院備課筆記 第10次課 干涉條紋例題 邁克耳遜干涉儀中，M1反射鏡移動 0.2334 mm的距離時，數出移動了792條條紋，求所用的波長。解：物理光學 課程教案主頁 第11次課 授 課 章 節題 目第2章 光的干涉及其應用2.9 多光束干涉原理在薄膜理論中的應用學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物

26、 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1. 理解多光束干涉原理在薄膜理論中的應用；2. 了解薄膜理論。教學主要內容（注明：重點*、難點#）：2.9多光束干涉原理在薄膜理論中的應用* #作業、思考題：思考題：2.9、；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第11次課 平行平板的多光束干涉及其應用 我們討論了平行平板的雙光束干涉問題。事實上，由于光束在平板內不斷的反射和透射，必須考慮多光束參與干涉，特別是當平板表面反射

27、系數比較高時，更應如此才不會引起過大的誤差。 本節將討論在考慮多光束干涉時干涉條紋會發生怎樣的變化。 干涉現象是各光束電磁場疊加的結果。如果參加疊加的各光束光強相差懸殊，則干涉場強度主要取決于最強光束的光強，干涉效果不明顯。 這個結論在雙光束干涉中已經提到，要獲得明顯的多光束干涉現象，各相干光束應該具有相近的光強。 以擴展光源照明平行平板產生多光束干涉，干涉場即定域在無窮遠處。在未鍍膜的平行平板上不能獲得多光束干涉，雖然有多次反射，但各束光的強度差得太多，只有上、下表面第一次反射光強度接近，所以鍍高反射膜的平行平板，透射光的各支強度接近，反射光除第一束其它反射光強度接近。 閩南理工學院備課筆記

28、 第11次課 根據愛里公式，來分析干涉圖樣的特征顯然：說明反射光和透射光的干涉圖樣互補，即對于某一方向反射光干涉為亮條紋時，透射光干涉則為暗紋，反之亦然。兩者強度之和等于入射光強度。反射光方向。當 時，形成亮條紋。其強度為 時，形成暗條紋，其強度為 透射光干涉圖樣由在幾乎全黑的背景上的一組很細的亮條紋所組成。反射光干涉圖樣和透射光干涉圖樣互補，由在均勻明亮背景上的很細的暗條紋組成，這些暗條紋不如透射光圖樣中暗背景上的亮條紋看起來清楚，故在實際中都采用透射光的干涉條紋。注：透射光的干涉條紋極為明銳，是多光束干涉最顯著的特點。 多光束干涉原理在薄膜理論中的應用薄膜：在玻璃或金屬等基片的光滑表面上，

29、用物理、化學方法生成的透明介質膜。薄膜的用途：增強原基片的光學性能，如增強透射率、增強反射率、調整光束的光譜分布等物理光學 課程教案主頁 第12次課 授 課 章 節題 目第2章 光的干涉及其應用復習課學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1. 明確第2章的學習目標2. 掌握分析光波干涉問題的基本方法3. 能熟練解決干涉問題(習題)4. 能解釋日常生活中常見的光的干涉現象教學主要內容（注明：重點*、難點#）：復習第二章干涉各個章節作業、思考題： 參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物

30、理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008.物理光學 課程教案主頁 第13次課 授 課 章 節題 目第3章 光的衍射與現代光學3.1 惠更斯-菲涅耳原理學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1. 理解光的衍射現象，產生衍射現象的條件及衍射現象的分類；2. 明確衍射現象是波動的基本屬性，與直線傳播在本質是不矛盾的；3. 了解惠更斯原理及其優、缺點；4.理解惠更斯-菲涅耳原理基本內容及數學表達式教學主要內容（注明：重點*、難點#）：3.1 惠更

31、斯-菲涅耳原理* #作業、思考題：思考題：3.1；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第13次課 干涉與衍射的區別和聯系1.疊加圖樣：同為亮暗相間的條紋，但條紋圖樣的強度分布存在著均勻（干涉）和相對集中（衍射）的不同。2.物理本質：同屬光波的相干疊加問題，研究問題的關鍵都在相位差上，并且極大值和極小值所要求的相位差條件相同，但兩者參與疊加的對象不同。干涉對應有限多束光波的疊加，衍射對應著無限多子波的疊加。3.數學

32、本質：數學處理方法不同。干涉對應著有限項求和，衍射對應著無限項積分。 4.理論基礎：干涉問題沒有離開幾何光學的直線傳播理論，衍射問題卻與幾何光學模型相矛盾。當參與疊加的各光波可以近似地用幾何光學直線傳播模型描述時，則疊加純屬干涉問題；若參與疊加的各光波自身的傳播行為明顯地不符合幾何光學模型，則對每一束光波而言，均存在著衍射，同時各光波之間又存在著干涉。干涉與衍射是本質上統一，但形式上、分布規律及數學處理方法上略有不同而又緊密相關的同一類物理現象。 菲涅耳在惠更斯提出的子波假設基礎上，補充了描述次波基本特征的時空周期的物理量:位相和振幅，及波的疊加。認為：從同一波陣面上各點發出的次波，在傳播過程

33、中相遇時，也能相互疊加而產生干涉現象，空間各點波的強度，由各子波在該點的相干疊加所決定。這就是惠更斯菲涅耳原理惠更斯菲涅爾原理= 次波與次波的相干疊加 惠更斯菲涅耳原理是對光的衍射現象物理規律的認識。但其數學表達式則不夠精確，表達式中的一些參數也不夠嚴格。基爾霍夫根據惠更斯菲涅耳原理，利用電磁場理論推導出了嚴格的衍射公式。物理光學 課程教案主頁 第14次課 授 課 章 節題 目第3章 光的衍射與現代光學3.2 菲涅耳衍射和夫瑯禾費衍射3.3 菲涅耳圓孔和圓屏衍射學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1. 掌握“菲涅耳

34、半波帶”法，并能利用“半波帶法”分析圓孔、圓盤的菲涅耳衍射；2. 了解波帶片的結構、特點(特別是成像特點)。3. 理解直線傳播與衍射間的聯系教學主要內容（注明：重點*、難點#）：3.2 菲涅耳衍射和夫瑯禾費衍射 * #3.3 菲涅耳圓孔和圓屏衍射* #作業、思考題：思考題：3.3；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第14次課 菲涅耳圓孔衍射- -菲涅耳波帶法1.菲涅耳波帶法2.菲涅耳圓孔衍射3.菲涅耳圓屏衍射4

35、.波帶板相對于夫朗和費衍射而言,觀察屏距衍射屏不太遠。 直接運用菲涅耳基爾霍夫衍射公式定量計算菲涅耳衍射，數學處理非常復雜。通常在半定量處理菲涅耳衍射現象時，均采用比較簡單、物理概念很清晰的菲涅耳波帶法或圖解法。菲涅耳圓屏衍射由 P0 對波面作波帶，只是在圓屏的情況下，開頭的 N 個波帶被擋住，第(N + 1)個以外的波帶全部通光。 閩南理工學院備課筆記 第14次課 泊松亮點:1818年,巴黎科學院舉行了一次解釋衍射的有獎競賽, 評委中許多著名科學家,如畢奧,拉普拉斯,泊松等,都是光的微粒學說的忠實擁護者。 年輕的菲涅耳報告了“應用子波疊加原理解釋衍射現象”的論文。會后，泊松仔細審閱了菲涅耳的

36、論文，導出了“圓屏衍射中心會出現一個亮點”這一看似離奇的結論，使菲涅耳原理又面臨新的考驗。不久，阿喇果在實驗中果然觀察到了這一驚人現象（又稱為阿喇果亮斑）。這一發現對光的波動學說提供了有力的支持。特點及應用 閩南理工學院備課筆記 第14次課 物理光學 課程教案主頁 第15次課 授 課 章 節題 目第3章 光的衍射與現代光學3.4 夫瑯禾費單縫衍射3.5 夫瑯禾費矩孔衍射學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1. 了解觀察夫瑯禾費衍射的實驗裝置與衍射圖樣的特點2. 掌握分析夫瑯禾費衍射的基本方法；3. 掌握夫瑯禾費單縫

37、衍射光強分布規律，并能對單縫衍射現象進行解釋；4.了解夫瑯禾費圓孔衍射光強分布規律，并能對單圓孔衍射的艾里斑進行計算；教學主要內容（注明：重點*、難點#）：3.4 夫瑯禾費單縫衍射 * #3.5 夫瑯禾費矩孔衍射* #作業、思考題：思考題：3.4；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第15次課 典型孔徑的夫瑯和費衍射一、夫瑯和費衍射公式的意義二、矩孔衍射三、單縫衍射矩孔衍射強度分布計算設矩形孔的長和寬分別為 a和

38、 b，用單位振幅的平面波照射，即 閩南理工學院備課筆記 第15次課 閩南理工學院備課筆記 第15次課 閩南理工學院備課筆記 第15次課 物理光學 課程教案主頁 第16次課 授 課 章 節題 目第3章 光的衍射與現代光學3.6 夫瑯禾費圓孔衍射與成像儀器的分辨本領學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1、 進一步掌握夫瑯禾費圓孔衍射特點；2、3、 理解夫瑯禾費圓孔衍射與成像儀器的分辨本領的關系。教學主要內容（注明：重點*、難點#）：3.6 夫瑯禾費圓孔衍射與成像儀器的分辨本領* #作業、思考題：思考題：3.6；參 考

39、資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008. 閩南理工學院備課筆記 第16次課 光學成像系統的衍射和分辨本領成像系統對無窮遠處的點物在焦面上所成的像是夫瑯和費衍射像。成像系統對近處點物在像面上所成的像是夫瑯和費衍射像。成像系統對點物在它的像面上所成的像是夫瑯和費衍射像。 閩南理工學院備課筆記 第16次課 閩南理工學院備課筆記 第16次課 閩南理工學院備課筆記 第16次課 物理光學 課程教案主頁 第17次課 授 課 章 節題 目第3章 光的衍射與現代光學

40、3.7 多縫的夫瑯禾費衍射3.8 衍射光柵學時2課 型講 授 上機 實驗課 習題課 討論 其他教 具多媒體 模型 實 物 掛 圖 音像 其他教學目的、要求： 1. 掌握平面光柵衍射的基本原理和應用；2. 理解光柵分光原理；3.掌握光柵方程、缺級和譜線半角寬度的概念和計算。教學主要內容（注明：重點*、難點#）：1. 夫瑯禾費光柵衍射光強分布；* #2. 光柵方程與譜線缺級；作業、思考題：思考題：3.8；參 考 資 料：1、物理光學，梁銓廷主編，電子工業出版社，2013.2、物理光學，竺子民主編，華中科技大學出版社，2009.3、高等物理光學，羊國光，宋菲君主編，中國科學技術大學出版社，2008.

41、 閩南理工學院備課筆記 第17次課 多縫的夫瑯和費衍射能對入射光的振幅進行空間周期性調制，這種衍射屏也稱作黑白光柵，是一種振幅型光柵，d稱為光柵常數。多縫的方向與線光源平行。 閩南理工學院備課筆記 第17次課 閩南理工學院備課筆記 第17次課 閩南理工學院備課筆記 第17次課 閩南理工學院備課筆記 第17次課 閩南理工學院備課筆記 第17次課 衍射光柵的應用：精確地測量光的波長；是重要的光學元件，廣泛應用于物理，化學，天文，地質等基礎學科和近代生產技術的許多部門。衍射光柵的分類：1、對光波的調制分式：振幅型和相位型2、工作方式：透射型和反射型3、光柵工作表面的形狀：平面光柵和凹面光柵4、對入射波調制的空間：二維平面光柵和三維體積光柵5、光柵制作方式：機刻光柵、復制光柵、全息光柵透射光柵：透射光柵是在光學平玻璃上刻劃出一道道等間距的刻痕，刻痕處不透光，未刻處是透光的狹縫。反射光柵：反射光柵是在金屬反射鏡上刻劃一道道刻痕，刻痕上發生漫反射，