通过本模块的学习，使学生系统地掌握几何光学和波动光学的主要规律及其在现代光学技术中的具体应用。从哲学、认识论的层次上把握光学各基本模型间的联糸及演变发展，对新兴的光学仪器、光学技术作科普性质的简要介绍，以点带面，辐射全局，培养学习兴趣，扩大知识面，为今后各分支光学的学习奠定理论基础。希望通过学习达到以下具体目标：

1. 掌握光程概念，费马原理，折射反射定律以及薄透镜成像公式及作图法；

2. 理解光波的叠加原理，掌握相干条件；掌握杨氏双缝干涉、等厚干涉、等倾干涉的原理，干涉条纹的特征及明、暗条纹位置；理解半波损失概念；

3. 了解几种特殊的干涉装置，如劈尖干涉、牛顿环、迈克尔逊干涉仪的基本原理及其应用；

4. 理解惠更斯一菲涅耳原理。掌握夫琅禾费圆孔衍射和瑞利判据，了解单逢衍射、多缝衍射的装置及衍射图样，了解光栅衍射的光强分布。掌握光栅方程和半角宽度公式；了解X射线及 布拉格晶体衍射公式。了解X射线装置及其应用。

5. 了解光的偏振态和偏振光的获得方法，掌握马吕斯定律，了解光在界面的反射和折射规律，充分理解在双折射晶体中o光和e光的传播规律和偏振方向以及波片的原理和应用。

6. 了解分子光学的基础，掌握光在介质中传播时和介质的相互作用，包括散射、吸收和色散。

模块导学：

重点难点指导： 
1. 几何光学部分应重点掌握薄透镜成像（作图法和公式法），使用作图法时选好特殊光线，用高斯公式时要特别注意正负号的使用，避免出错。 
2．光的干涉部分重点在于光程差的计算，特别要注意判断是否有半波跃变。另外要掌握相关的应用。本章的难点是分析干涉条纹的特征，如干涉条纹的位置、形状、条纹间距及走向，条纹的变动情况。 
3. 正确理解惠更斯-菲涅耳原理。 
  两个要点：（1）波阵面上各点都可以看作新的子波源；（2）这些子波源是相干的；波场中各场点的波的强度是这些相干光源发出的子波的相干叠加。 
4．就三种典型衍射系统（夫琅禾费单缝，圆孔和光栅）讨论衍射光强分布特点。 
（1）对夫琅和费单缝衍射：采用简单的菲涅尔半波带法和菲涅尔衍射积分公式讨论衍射光强分布特点； 
（2）对光栅衍射：采用多光束（每一束是单缝衍射的光强分布）相干叠加的方法确定光栅衍射光强分布。弄清光栅衍射光强的分布特点；了解晶体衍射光栅的特点和布拉格公式。 
（3）对圆孔衍射：讨论其分布特点，并引出光学仪器分辨本领的概念。 
5. 正确理解偏振态的概念及其数学表达式 
  光的偏振态是指在与光传播方向垂直的平面内光矢量E的具体振动方式。主要是看光矢量E的端点在该平面内随时间变化的运动轨迹，如果是直线则为线偏振光，如果是圆周则为圆偏振光，如果是椭圆则是椭圆偏振光。任何一个矢量都可以分解为两个相互垂直的分量，光矢量也是如此。两个分量的振幅变化可以表述为同频率的余弦函数。注意的是如何根据两个余弦函数的相位和振幅区分线偏振光、椭圆偏振光及圆偏振光。如果两个余弦函数的相位相同，则为线偏振光；如果两个余弦函数的相位不相同，一般为椭圆偏振光；作为椭圆偏振光的特例，圆偏振光则要求两个函数的相位差为±π/2或其奇数倍,同时振幅相同。 
6．注意双折射晶体中o光和e光的偏振方向及其转变 
   晶体的光轴和光的传播方向所构成的平面为主平面。由于o光和e光不一定在同一个平面，因此o光的主平面和和e光的主平面不一定共面。只有当光沿垂直于晶体表面的平面入射时，两个主平面共面，这个平面称为主截面。o光的偏振方向垂直于主平面（主截面），因此一定垂直于光轴，而e光的偏振方向平行于主平面（主截面），但是不一定平行于光轴。因此o光和e光的称谓是相对于某一个双折射晶体及其光轴方向而言的，当两个双折射晶体的光轴互相垂直的话，则在第一个晶体中的e光射到第二个晶体里时变为o光，原来的o光变为e光。当o光和e光射出晶体后，就无所谓o光和e光,变为普通的偏振光。

[参考资料目录]
1. 《大学物理学》（第四版） 余虹主编，科学出版社， 2017.12
2. 《普通物理学》（第五版）胡盘新 孙 疆主编，高等教育出版社，2004.7 
3. 《光学》(上、下册)  赵凯华 钟锡华著  北京大学出版社出版 
4. 《光学教程学习指导》，宣桂鑫著  中国计量出版社出版

光是特定波长范围的电磁波，光学研究的是光的传播规律及其和介质的相互作用。本模块学习忽略光的波动性时的几何光学、由于光的波动性而产生的干涉、衍射和偏振的现象和规律以及光在介质中传播时和物质的相互作用。主要内容有（1）几何光学：反射、折射定律和直线传播定律；光程的概念和费马原理；薄透镜成像及其计算公式。（2）光的干涉：相干条件、时空相干性和杨氏双缝干涉；等倾、等厚干涉及其具体的特例和应用。（3）惠更斯-菲涅耳原理；圆孔衍射；单缝、多缝夫琅禾费衍射及其光栅衍射；X线衍射及其规律。（4）偏振：光的偏振态及起偏检偏；光的双折射、波片及其应用；旋光效应及其应用。（5）光与物质的相互作用：分子光学的基础；光的散射、吸收和色散。

问题1 相干光的条件是什么？怎样获得相干光？用两条平行的细灯丝作为杨氏双缝实验中的S1和S2，是否能观察到干涉条纹？在杨氏双缝实验的S1、S2缝后面分别放一红色和绿色滤波片，那么能否观察到干涉条纹？ 
讨论：相干光的条件是频率相同、振动方向相同、有恒定的位相差。 
利用普通光源获得相干光的方法是把光源上同一点发的光分成两部分，然后再使这两部分叠加起来。 
两条平行的细灯丝是不相干的光源，因此用它作杨氏双缝实验中的S1和S2不能观察到干涉条纹。 
当S1和S2后面分别放红色和绿色滤光片时，则透过的光的频率不同，是不相干的光源，不能观察到干涉条纹。

问题3 一束自然光通过方解石, 透射光有几束? 若将方解石沿垂直光传播方向对截成两块, 且平移分开, 此时通过这块方解石后有几束透射光? 若将其中一块绕光线转过一角度, 此时透射光有几束? 
讨论：当自然光不是沿着晶体的光轴方向或与光轴垂直方向入射，那么通过方解石后有两束透射光。其中一束光符合折射定律称寻常光，另一束光不符合折射定律称非寻常光。这就是光的双折射现象。如果把方解石沿垂直光转播方向对截成两块后平移分开，那么由于光轴方向未变且入射光方向未变，在第一块方解石中的寻常光，在第二块方解石中仍是寻常光；第一块方解石中的非寻常光，在第二块方解石中仍是非寻常光，所以透射光仍然是两束。 
若将其中一块绕光线转过一个角度，由于光轴方向改变，这时从第一块方解石中透射出来的两束光，在第二块方解石中又各自分成寻常光和非寻常光，从而透射光变为四束。 
以上分析说明，要使偏振光的振动方向旋转90°，至少要两个偏振片。这两个偏振片的偏振化方向夹45°角，其中之一的偏振化方向与A0夹45°角，这时透射光强最大。