课程概况
物理专业的本科骨干课程包括普通物理课程的力学、热学、电磁学、光学、原子物理（俗称“普物”），以及理论物理的理论力学、统计力学、电动力学、量子力学（俗称“四大力学”）。光学作为物理学科的重要基础课，不仅是学生建立完整的物理知识体系中不可或缺的一环，而且还是学生进一步学习原子物理、电动力学、量子力学、激光、量子光学等课程的必要前提。本课程讲授光的经典波动理论，包括干涉、衍射、偏振、光的吸收、色散和散射、以及光的量子性等，通过理论与应用、经典与前沿相结合，使学生掌握光学的基本知识、理论和方法，为日后进一步深造或从事相关的工作打下坚实的基础。
本课程介绍光学中经典的波动理论，以“正确理解物理规律、建立物理图像、训练学生分析和解决问题”为宗旨，内容设计上充分考虑了MOOC“整体完整、化整为零”的教学特点，体现了“学生主体、教师组织、增强互动、共同开展”的理念， 带领大家踏上神奇奥妙、瑰丽多彩的光学之旅。
本课程要求学生在老师的指导下，加强自主学习，充分掌握波动光学的基本知识、建立清晰物理图像、深入认识光学的基本概念和基本规律、切实提高独立分析和解决问题的能力。
本课程的具体教学目标包括：（1）理解知识：较全面和深入地学习波动光学的基本理论，广泛了解光学的应用和现代光学研究中的一些前沿问题；（2）训练方法：掌握波动光学的基本原理和解决光学问题的基本理论方法；（3）提升认识：学习人们对光的本性探索的历史，认识物理理论发展的一般规律、理论与实验相互促进的关系，培养唯物史观；（4）培养能力：培养学生自主学习模式，促进学生逻辑思维的发展。同时课件以双语设计，提高学生的专业外语能力。
课程大纲
第一周 (Week 1)
1.1 什么是物理理论? (What's Physics Theory?)
1.2 光学简史—经典光学 (A Brief History of Optics-Classical)
1.3 光学简史—现代光学 (A Brief History of Optics-Modern)
1.4 简谐振动 (Harmonic Oscillation)
1.5 波 (Wave)
1.6 复数 (Complex Numbers)
1.7 振动的叠加 (Addition of oscillations)
单元测验一 (Unit Test 1)
第一周作业 (Week 1: Assignments)
第二周 (Week 2)
1.8 光的电磁本性 (EM Nature of Light)
1.9 折射率和光强 (Refractive Index and Intensity)
1.10 光程和光程差 (Optical Path & Optical Path Difference)
2.1 光的干涉 (Interference of Light)
2.2 相干光和非相干光 (Coherent Light vs Incoherent Light)
2.3 杨氏实验 (Young's Experiment)
2.4 衬比度/对比度/可见度 (Contrast)
2.5 其它分波面实验 (Other Wavefrong-splitting Experiments)
单元测验二 (Unit Test 2)
第二周作业 (Week 2: Assignments)
第三周 (Week 3)
2.6 时间相干性 (Temporal Coherence)
2.7 空间相干性 (Spatial Coherence)
2.8 半波损失 (Half-wave Loss)
2.9 等倾条纹 (Equal Inclination Fringes)
2.10 等倾条纹特点 (Equal Inclination Fringes-Characteristics)
2.11 等厚条纹 (Equal Thickness Fringes)
单元测验三 (Unit Test 3)
第三周作业 (Week 3：Assignments)
第四周 (Week 4)
2.12 牛顿环 (Newton's Rings)
2.13 迈克尔孙干涉仪 (Michelson Interferometer)
2.14 法布里-珀罗干涉仪 (FP Interferometer)
2.15 法布里-珀罗干涉仪物理图像 (FP Interferometer-Picture)
2.16 多光束相干(Multi-beam Interference)
2.17 多光束相干物理图像 (Multi-beam Interference-Picture)
单元测验四 (Unit Test 4)
第四周作业 (Week 4: Assignments)
第五周 (Week 5)
3.1 光的衍射 (Diffraction of Light)
3.2 恵更斯-菲涅尔原理 (Huygens-Fresnel Principle)
3.3 半波带法 (Half-wave Zone Method)
3.4 泊松亮斑 (Poisson Bright Spot)
3.5 半波带的物理图像 (Half-wave Zone-Picture)
3.6 波带片 (Zone Plate)
3.7 单缝衍射 (Single-slit Diffraction)
3.8 单缝衍射的物理图像 (Single-slit Diffraction-Picture)
单元测验五 (Unit Test 5)
第五周作业 (Week 5：Assignments)
第六周 (Week 6)
3.9 圆孔衍射 (Aperture Differaction)
3.10 光学仪器的分辨率 (Resolving Power of Optical Instruments)
3.11 光栅 (Gratings)
3.12 光栅衍射 (Grating Diffraction)
3.13 光栅衍射的物理图像 (Grating Diffraction-Picture)
3.14 光栅光谱 (Grating Spectrum)
单元测验六 (Unit Test 6)
第六周作业 (Week 6: Assignments)
第七周 (Week 7)
3.15 X射线对晶体的衍射 (X-ray Diffraction to Crystals)
3.16 X射线衍射的应用 (Applications of X-ray Diffraction)
3.17 傅里叶变换 (Foruier Transform)
3.18 阿贝成像原理 (Abbe imaging Principle)
3.19 空间滤波 (Spatial Filtering)
4.1 光的偏振 (Polarization of Light)
4.2 圆偏光和椭圆偏光 (Circular and Elliptic Light)
4.3 马吕斯定律 (Malus‘ Law)
单元测验七 (Unit Test 7)
第七周作业 (Week 7：Assignments)
第八周 (Week 8)
4.4 布儒斯特角 (Brewster Angle)
4.5 双折射 (Birefregence)
4.6 单轴晶体 (Uniaxial Crystals)
4.7 双折射的机制 (Birefregence Mechanism)
4.8 双折射的波面 (Birefregence Wavefront)
4.9 偏振棱镜 (Prism Polarizers)
4.10 相位延迟器/波片 (Retarders/Wave Plates)
4.11 椭圆偏振光的获得 (Generating Elliptic Light)
单元测验八 (Unit Test 8)
第八周作业 (Week 8：Assignments)
第九周 (Week 9)
4.12 检偏 (Analyzing Polarization)
4.13 偏振光干涉 (Plolarization Interference)
4.14 其它偏振现象 (Other Polarizations)
5.1 经典色散理论 (Classical Dispersion Theory)
5.2 光的吸收 (Absorption of Light)
5.3 光的散射 (Scattering of Light)
5.4 光的色散 (Dispersion of Light)
单元测验九 (Unit Test 9)
第九周作业 (Week 9：Assignments)
第十周 (Week 10)
5.5 群速度 (Group Velocity)
6.1 相对论和量子力学的兴起 (Rising of Relativity and QM)
6.2 黑体辐射 (Blackbody Radiation)
6.3 光电效应 (Photoelectric Effect)
6.4 康普顿散射 (Compton Scattering)
6.5 光子 (Photon)
6.6 结束语 (Concluding Remarks)
单元测验十 (Unit Test 10)
第十周作业 (Week 10：Assignments)
预备知识
高等数学、力学、电磁学
参考资料
1.《光学教程》第六版以及《光学教程学习指导书》，姚启钧原著，华师大编著，高等教育出版社
推荐理由：最有影响的经典光学教材，已发行五版，逾60余万册，几代学子从中受益，是本课程主要参考书。为了方便在线学习，第六版采用了新形态教材模式，手机扫码可直接观看慕课视频。
2．The Feynman Lectures on Physics, Feynman
推荐理由：首屈一指的物理教材，经典中的经典，没有之一。强力推荐英文版，阅读时如同和费曼面对面，听大师娓娓道来。
3．Optics, Fourth Edition，Eugene Hecht，张存林改编，高等教育出版社
推荐理由：系统而全面，国外主流光学教材。
4. 《现代光学基础》，钟锡华编著，北京大学出版社
推荐理由：北大钟锡华先生的扛鼎之作，其对波动光学研究之精深，可谓一骑绝尘。
5. 新概念物理教程《光学》，赵凯华编著，高等教育出版社
推荐理由：北大赵凯华先生的力作，结合经典与前沿，独领风骚。
