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Physical Optics - 101 Academic Year

本課程是由 國立陽明交通大學光電工程學系 提供。

We will introduce the polarization of light and the optical propagation of light as applied to isotropic, anisotropic, inhomogeneous, periodic media.


Textbook：Bennett, "Principles of Physical Optics", John Wiley,2008 滄海代理.

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Instructor(s) Department of Photonics Prof. Ken Y. Hsu
Course Credits 3 Credits
Academic Year 101 Academic Year
Level Master of Science in Optoelectronics
Prior Knowledge Modern Optical Theory, Electromagnetism, Engineering Mathematics
Related Resources Course Video   Course Syllabus   Course Calendar 

WeekCourse ContentCourse Video
Lecture1 Waves
1. Wave motions
2. Wave equations
3. The wave equation 3-D
4. Complex representation		Watch Online
Lecture2 EM Waves & Optics (1/2)
1. Maxwell's equation
2. Characteristics of EM Waves		Watch Online
Lecture2 EM Waves & Optics (2/2)
4. Boundary conditions
5. The laws of reflection & refraction
6. Fresnel equations		Watch Online
Lecture3 Dispersion, Absorption, Scattering
1. Dispersion
2. Classical Electron Gas Model
3. Optical Property of Metals		Watch Online
Lecture4 Interference
1. Introduction
2. Young's experiment
3. Michelson interferometer: Amplitude splitting
4. Multiple-beam interferometer		Watch Online
Lecture5 Thin-Film interference
1. Introduction
2. Multi-layer films		Watch Online
Lecture6 Coherence
1. Introduction
2. Spatial Coherence
3. Temporal Coherence		Watch Online
Lecture7 Diffraction (1/2)
1. Introduction
2. Huygen's Principle
3. Frannhofer diffraction		Watch Online
Lecture7 Diffraction (2/2)
4. Fresnel diffraction		Watch Online
Lecture8 Optical Imaging
1. Abbe's theory of Image formation
2. Phase-contrast microscopy
3. Point-spread Function		Watch Online
Lecture9 Diffraction and Imaging
1. Resdution limit of optical instruments
2. Spatial fictering		Watch Online
Lecture10 Polarization (1/3)
1. Polarization states
2. Generating Polarized Light
3. Adjusting the polarizing states		Watch Online
Lecture10 Polarization (2/3)
4. Jones calculus		Watch Online
Lecture10 Polarization (3/3)
5. Real-time phase retarders		Watch Online

課程目標

以電磁理論為基礎，學習光之特性、光波傳播、干涉、繞射、偏振、調制等現象之基本原理及應用。

 

課程章節

章節 章節內容
光的電磁理論波與波動函數
馬克斯威方程組
光波特性
光波在介質中之傳播
光波在介質界面的反射及折射
光
之色散與散射
*光波在金屬中的傳播
光之干涉光波之疊加與分析 干涉理論基礎 干涉儀(平板、楔形、牛頓環、泰慢) 多光束干涉與法布里‧斐洛干涉儀 光學薄膜 光之同調(相干)性質
光之繞射與成像基爾霍夫繞射理論
夫琅和費繞射
光學成像系統的繞射與分辨本領
繞射光柵
非涅爾繞射
阿貝成像理論
點擴散函數
光學儀器鑑別率
光學傳遞函數
傅氏光學與光波濾波
晶體光學光之偏振
光在晶體中之傳播(晶體光學器件)
光在晶體表面之反射與折射、?折射
電光調製、磁光調製、聲光調製、旋光性
晶體的非線性光學效應


課程書目

以Bennett 著之教科書 Principle of Physical Optics 為藍本.

 

評分標準

項目百分比
小考40%
考試60%

本課程行事曆提供課程進度與考試資訊參考。

學期週次
上課日期
參考課程進度

第一週

09/18
  • 課程簡介
    光學發展史與光學簡介
    波與波動函數
    馬克斯威方程組，光波特性

    Bennet:1.1-1.7、2.1-2.5
    Fowles: 1.1-1.5、2.1-2.2

第二週09/25
  • 光波在介質中之傳播
    光波在介質介面的反射、折射

    Bennet:3.1-3.6
    Fowles: 2.6-2.10

第三週10/02
  • 光在固體中之傳播：色散與吸收
    光波在金屬中的傳播

    Bennet:3.7
    Fowles: 6.1-6.6

第四週10/09
  • 第一次考試(光的電磁理論)
第五週10/16
  • 光波之疊加
    光波之干涉:波前分割、振幅分割干涉

    Bennet:5.1-5.3
    Fowles:3.1-3.3

第六週10/23
  • 多光束干涉:法布里‧斐洛干涉儀、光學薄膜
第七週10/30
  • 光之同調(相干)性質:
    1. 空間同調性
    2. 時間同調性
    3. 光譜線寬、光波波列、光波之群速

    Bennet:5.12, 5.8
    Fowles:3.4-3.8

第八週11/06
  • 第二次考試(光之干涉)
第九週11/13
  • 純亮光波繞射基礎
    夫琅和費繞射:光學成像系統的繞射與分辨本領
    繞射光柵: 光柵頻譜儀

    Bennet:6.1, 6.3

第十週11/20
  • 菲涅爾繞射
    非涅爾波帶板

    Bennet:6.4

第十一週11/27
  • 阿貝成像理論
    點擴散函數
    光學儀器鑑別率
    光學傳遞函數

    Bennet:8.1-8.6

第十二週12/04
  • 傅氏光學
    光學濾波

    Bennet:8.7

第十三週12/11
  • 第三次考試(光之繞射與成像)
第十四週12/18
  • 光之偏振
    光在晶體中之傳播(晶體光學器件)
    光在晶體表面之反射與折射、双折射

    Bennet:9.1-9.5

第十五週12/25
  • 光波之調制:電光調制、磁光調制、聲光調制、旋光性

    Bennet:9.6-9.9

第十六週01/01
  • 元旦放假
第十七週01/08
  • 晶體的非線性光學效應:光波諧波之產生、光波混頻

    Bennet:9.10-9.12

第十八週01/15
  • 期末考(晶體光學)
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