天津大學《工程光學》學習指南

《天津大學《工程光學》學習指南》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《天津大學《工程光學》學習指南（18頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第一章幾何光學的基本定律和成像概念 一.教學要求 通過本章4課時的授課，應使學生掌握幾何光學的基本定律（光的直線傳播定律、獨立 傳播定律、反射定律和折射定律），光的全反射性質(zhì)，費馬原理、馬呂斯定律以及二者與幾何 光學基本定律之間的關系；明確完善成像概念和相關表述；會熟練應用符號規(guī)則進行單個折 射球面的光線光路計算，掌握單個折射球面和反射球面的成像公式，包括物像位置、垂軸放 大率p、軸向放大率a、角放大率Y、拉赫不變量等公式及其各量的物理意義，并推廣到共軸 球面系統(tǒng)的成像計算。 二.重點難點 1. 幾何光學的基本定律 光是一種電磁波，它在介質(zhì)中的傳播規(guī)律可概括為以下四個基本定律：直線傳

2、播定律， 獨立傳播定律、反射定律和折射定律。4個定律的內(nèi)容、實例和適用條件。折射率的概念。 費馬原理和馬呂斯定律從另外的角度描述了光在介質(zhì)中的傳播規(guī)律，它們與幾何光學的 四個基本定律是完全等價的，可以相互推導證明。 2. 成像的基本概念與完善成像條件 光學系統(tǒng)的作用之一是對物體成像。若一個物點對應的一束同心光束，經(jīng)光學系統(tǒng)后仍 為同心光束，該光束的中心即為該物點的完善像點。物體上每個點經(jīng)光學系統(tǒng)后所成完善像 點的集合就是該物體經(jīng)光學系統(tǒng)后的完善像。物所在的空間稱為物空間，像所在的空間稱為 像空間，物像空間的范圍均為（-8，+ 8 ）。物像有虛實之分，由實際光線相交所形成的物 或像為實，由

3、光線的延長線相交所形成的物或像為虛。 【其中物像空間和物像虛實的判斷是 難點】 光學系統(tǒng)成完善像應滿足以下三個條件之一：1）入射波面是球面波時，出射波面也是球 面波。2）入射是同心光束時，出射光也是同心光束。 3）物點及其像點之間任意兩條光路的 光程相等。 3. 幾何光學中的符號規(guī)則和單個折射球面的光線光路計算 為保持幾何光學公式的一致性和討論問題的方便，特確定了如下的符號規(guī)則： 1）光線的 傳播方向由左向右。沿軸線段以折射面頂點為原點度量，若與光線的傳播方向相同，其值為 正，反之為負；2）垂軸線段以光軸為基準，在光軸以上為正，光軸以下為負； 3 ）光線與光 軸的夾角用由光軸轉(zhuǎn)向

4、光線形成的銳角度量，順時針為正，逆時針為負； 4）光線與法線的夾 角用由光線轉(zhuǎn)向法線形成的銳角度量，順時針為正，逆時針為負； 5）光軸與法線的夾角用由 光軸轉(zhuǎn)向法線形成的銳角度量，順時針為正，逆時針為負； 6）折射面間隔從前一面的頂點到 后一面的頂點，與光線的傳播方向相同，其值為正，反之為負。符號規(guī)則是人為規(guī)定的，所 有公式都在此規(guī)則基礎上推導出來，因此解題時必須嚴格遵守。如遇到光線由右向左傳播的 情況，一定要做適當?shù)淖兺ê螅趴墒褂霉健?【其中靈活應用符號規(guī)則是難點，有相關例 題支撐】 單個折射球面光線光路計算公式的推導、球差產(chǎn)生的原因。 近軸光線光路計算公式及其拓展公式。理解

5、近軸成像的特點。 4. 單個折射（反射）球面的成像 為討論單個折射（反射）球面成像的大小、倒正和虛實，引入垂軸放大率、軸向放大率 和角放大率的概念。3種放大率的定義、計算公式和物理意義。【其中根據(jù)放大率值分析成像 性質(zhì)、判斷成像條件改變時放大率的變化是難點】 5. 共軸球面系統(tǒng)的成像 由k個折射球面構成的共軸光學系統(tǒng)相鄰各面間折射率、孔徑角、物像關系、物像距及 拉赫不變量之間存在過渡關系公式。系統(tǒng)的成像放大率為各面放大率的乘積。 第二章理想光學系統(tǒng) 一. 教學要求 通過本章6課時的授課和2課時實驗，應使學生掌握理想光學系統(tǒng)的概念、成像性質(zhì)、 基點基面及其系統(tǒng)的表示；會用圖解法和解

6、析法求像，重點掌握高斯公式和牛頓公式及其理 想光學系統(tǒng)的放大率公式；會靈活運用理想光學系統(tǒng)的組合公式求組合系統(tǒng)的焦距、基點和 基面；掌握兩種典型的光組組合及其性質(zhì)；會求透鏡的焦距、基點和基面位置，并了解透鏡 的分類和性質(zhì)。 二. 重點難點 1. 理想光學系統(tǒng)及其表征 所謂理想光學系統(tǒng)，就是能對任意大的空間，以任意寬的光束都能夠成完善像的光學系 統(tǒng)。表征理想光學系統(tǒng)的基本參數(shù)是基點和基面，即焦點、焦平面、主點、主平面、節(jié)點和 節(jié)平面。 對理想光學系統(tǒng)而言，基點和基面的位置確定以后，系統(tǒng)的成像性質(zhì)也就確定了。通常 可用一對主平面和一對焦點來表示一個理想光學系統(tǒng)。 2. 圖解法求像 利用

7、理想光學系統(tǒng)基點和基面的性質(zhì)，可通過作圖法求物體在確定系統(tǒng)中的像。圖解法 求像時常用的光學性質(zhì)有：1）無限遠軸上物點發(fā)出的光線一定通過像方焦點。 2 ）無限遠軸 外物點發(fā)出的光線一定通過像方焦面上一點。3）物方焦點發(fā)出的光線經(jīng)光學系統(tǒng)后平行于光 軸。4）物方焦面上一點發(fā)出的光線經(jīng)光學系統(tǒng)后相互平行。 5）物方主平面上光線的入射高 度與其共軛光線在像方主平面上的出射高度相等。6）經(jīng)過節(jié)點的任何一對共軛光線互相平行。 【其中虛物成像是難點】 3. 理想光學系統(tǒng)的物像位置公式 當理想光學系統(tǒng)確定后，已知物體的位置（l或x）就可以求出像的位置（l'或尤'）。常 用物像位置公式有兩種，一是以焦

8、點為坐標原點的牛頓公式；二是以主點為坐標原點的高斯 公式。兩者在解題中的作用是等價的。 牛頓公式和高斯公式。 4. 理想光學系統(tǒng)的放大率 物體經(jīng)理想光學系統(tǒng)成像的大小、正倒和虛實，可用光學系統(tǒng)的放大率表示。光學系統(tǒng) 三種放大率（垂軸放大率&、軸向放大率a和角放大率Y ）的定義、計算公式和物理意義。 【其中根據(jù)放大率值分析成像性質(zhì)、判斷成像條件改變時放大率的變化是難點】 5. 理想光學系統(tǒng)的組合 兩個理想光學的直接組合公式及比較適合 2個以上多光組組合的正切計算公式。 6. 兩種典型的光組組合及其性質(zhì) 遠攝型光組和反遠距型光組的組成、結構特點和典型應用。 7. 透鏡 透鏡可按

9、照對光線所起的作用分為會聚透鏡（正透鏡）或發(fā)散透鏡（負透鏡） ，也可按照 形狀不同分為凸透鏡和凹透鏡兩類。凸透鏡不一定都是正透鏡，凹透鏡也不一定都是負透鏡， 透鏡的正負不僅與形狀有關，還與透鏡的厚度有關。 在空氣介質(zhì)中單個透鏡的焦距公式、光焦度公式。 第三章平面和平面系統(tǒng) 一. 教學要求 通過本章4課時的授課，應使學生掌握平面系統(tǒng)的基本作用和種類，掌握平面反射鏡、 平行平板、反射棱鏡和折射棱鏡等典型平面系統(tǒng)的性質(zhì)和作用。了解有關光學材料的基本知 識。 二. 重點難點 平面光學元件包括平面反射鏡、平行平板、反射棱鏡和折射棱鏡等，其作用是改變光路 方向、使倒像轉(zhuǎn)換為正像或產(chǎn)生用于光譜

10、分析的色散現(xiàn)象。 1. 平面反射鏡 （1） 平面鏡的性質(zhì) 平面反射鏡是唯一能夠完善成像的光學元件。 若在光學系統(tǒng)中加入奇數(shù)個平面鏡，則最終像和物成“鏡像”；若在光學系統(tǒng)中加入偶數(shù) 個平面鏡，則最終像與物完全一致。它們與共軸球面系統(tǒng)組合后，可改變光路方向，但不會 改變像的大小和形狀，也不影響像的清晰度。 平面鏡還有一個重要的性質(zhì)，即當入射光線方向不變，而平面鏡轉(zhuǎn)動 a角時，反射光線 轉(zhuǎn)動2a角。 （2） 平面鏡的應用 利用平面鏡轉(zhuǎn)動性質(zhì)，可以測量微小角度和位移，其原理亦稱光學 杠桿原理。 2. 平行平板 平行平板是由兩個相互平行的折射平面所構成的光學元件，如分劃板、微調(diào)平板等。平

11、 行平板成像具有以下性質(zhì)： 1） 光線經(jīng)平行平板折射后方向不變，出射光線與入射光線互相平行。 2） 平行平板不使物體放大或縮小。 3） 光線經(jīng)平行平板折射后雖然方向不變，但產(chǎn)生了側向位移和軸向位移 平行平板在近軸區(qū)以細光束成像時，成像是完善的。 3. 反射棱鏡 在光學系統(tǒng)中反射棱鏡主要用于轉(zhuǎn)折光路、轉(zhuǎn)像、倒像和掃描等。 （1）反射棱鏡可分為四類：簡單棱鏡、屋脊棱鏡、立方角錐棱鏡和復合棱鏡。各自具有 其特點和典型應用。 （2） 反射棱鏡成像的判斷原則 注意：基本原則只在同一光軸面內(nèi)適用，對于光軸不在同一平面內(nèi)的復合棱鏡，要分別 考慮各光軸面內(nèi)的成像情況。由于整個光學系統(tǒng)的成像

12、是由透鏡成像特性和棱鏡轉(zhuǎn)像特性共 同決定的，因此還必須考慮系統(tǒng)中透鏡對成像的影響。一般情況是，物鏡成倒像，目鏡成正 像。 （3） 反射棱鏡的等效作用與展開 在光學系統(tǒng)中反射棱鏡的作用相當于平面反射鏡和附加平行平板玻璃的組合。棱鏡展開 的具體方法是：在棱鏡主截面內(nèi)，按照反射面的順序，以反射面與主截面的交線為軸，依次 使主截面翻轉(zhuǎn)180，便可得到棱鏡的等效平行平板。 4. 折射棱鏡和光楔 折射棱鏡在光學系統(tǒng)中的作用一是用于偏折光束的方向，二是用以產(chǎn)生色散。 入射光線經(jīng)棱鏡后的出射光線之間的偏向角公式、最小偏向角公式及其應用。 光楔的定義、公式及其在小角度和微位移測量中的應用。 5.

13、光學材料 光學材料可以分透射和反射兩大類。透射材料對工作波段應有良好的透過率，反射材料 對工作波段應有很高的反射率。 透射材料包括光學玻璃、光學晶體和光學塑料三類，其光學特性主要由它們對各種波長 的透過率和折射率決定。表征透射材料性質(zhì)的光學常數(shù)為：平均折射率 nD、阿貝常數(shù)、部分 色散、相對色散等。 反射不存在色散，因此反射材料的光學特性由反射率決定。各種材料的反射率不同，同 種材料的反射率隨入射波長不同而變化。 第四章光學系統(tǒng)中的光束限制 一.教學要求 通過本章4課時的授課，應使學生掌握孔徑光闌、入射光瞳（入瞳）、出射光瞳（出瞳）、 視場光闌、入射窗（入窗）、出射窗（出窗）、

14、孔徑角、視場角、漸暈和漸暈系數(shù)等基本概念， 明確孔徑光闌、視場光闌和漸暈光闌的作用和關系；掌握照相系統(tǒng)、望遠系統(tǒng)和顯微系統(tǒng)中 光束限制情況；明確物方遠心光路和場鏡的定義和作用；明確光學系統(tǒng)景深的概念、公式和 影響因素。 二.重點難點 1. 孔徑光闌、入瞳、出瞳和孔徑角 孔徑光闌是限制軸上物點成像光束立體角（孔徑角）大小，或者說限制軸上物點成像光 束寬度、并有選擇軸外物點成像光束位置作用的光闌。 孔徑光闌經(jīng)它前面的光組在物空間所成的像，被稱為入瞳?？讖焦怅@經(jīng)它后面的光組在 像空間所成的像，被稱為出瞳。 物方孔徑角是軸上物點對入瞳邊緣的連線與光軸的夾角，像方孔徑角是軸上像點對出瞳 邊

15、緣的連線與光軸的夾角，當物（像）位于無限遠時，物（像）方孔徑角為 0。 2. 視場光闌、入窗、出窗和視場角 視場光闌是限定物平面上或物空間中成像范圍的光闌。 視場光闌經(jīng)它前面的光組在物空間所成的像稱為入窗。視場光闌經(jīng)它后面的光組在像空 間所成的像稱為出窗。 光學系統(tǒng)的視場根據(jù)物所在的位置通常有兩種表示方法：視場角表示或線視場表示。 物方視場角是入瞳中心對入射窗邊緣的張角，像方視場角是出瞳中心對出射窗邊緣的張 角。由物（像）方視場角確定的物（像）面邊緣點的漸暈系數(shù)剛好為 50%。 3. 漸暈、漸暈系數(shù)和漸暈光闌 軸外點發(fā)出的充滿入瞳的光束被光學系統(tǒng)中的其他光孔或框所遮攔，造成軸外

16、點實際成 像光束的寬度比軸上點窄，像面邊緣比中心暗的現(xiàn)象被稱為漸暈。 漸暈的程度用漸暈系數(shù)度量。軸外點成像光束與軸上點成像光束在光瞳面上的線度之比， 稱為漸暈系數(shù)。漸暈系數(shù)的范圍在 0與1之間。在光學系統(tǒng)中起漸暈作用的光闌即為漸暈光 闌。【漸暈的概念是本章難點】 4. 光學系統(tǒng)中光闌性質(zhì)的判別 任何一個光學系統(tǒng)至少有一個孔徑光闌和一個視場光闌，但可能有多個漸暈光闌，系統(tǒng) 中光闌的判別步驟如下：1）確定判別空間并在該空間內(nèi)求像；2）判定孔徑光闌；3）判定視 場光闌；4）最后判定漸暈光闌。 光學系統(tǒng)中，光闌的性質(zhì)有可能隨著物距（或像距）的改變而變化，所以考慮光闌的性 質(zhì)時一定要結合具體

17、的光學系統(tǒng)和應用條件?！眷`活判斷光闌的性質(zhì)是難點】 5. 照相系統(tǒng)中的光束限制 照相系統(tǒng)主要由照相物鏡、可變光闌和感光底片三部分組成。照相物鏡將景物成像在感 光底片上，可變光闌起到調(diào)節(jié)光能量以適應外界不同照明條件的作用。 照相系統(tǒng)中，可變光闌即為系統(tǒng)的孔徑光闌，底片框為視場光闌。 6. 望遠系統(tǒng)中的光束限制 望遠系統(tǒng)有開普勒望遠鏡和伽利略望遠鏡兩種型式。 開普勒望遠鏡是由兩個正透鏡組組成的無焦系統(tǒng)，且物鏡焦距大于目鏡焦距。對無限遠 物體成倒立的像，機械筒長為兩焦距之和。物鏡框是系統(tǒng)的孔徑光闌，置于一次實像面處的 分劃板是視場光闌，目鏡往往是漸暈光闌。 伽利略望遠鏡是由1個正透鏡和

18、1個負透鏡組成的無焦系統(tǒng)，無一次實像面，對無限遠 物體成正立的像，機械筒長為兩焦距之差，機械尺寸較小。伽利略望遠鏡一般以人眼作為孔 徑光闌，物鏡框為視場光闌。由于系統(tǒng)的視場光闌不與物面（或像面）重合，因此對大視場 一般存在漸暈。 7. 顯微系統(tǒng)中的光束限制和物方遠心光路 顯微系統(tǒng)由兩個正透鏡組組成，其光學結構特點是： 1）物鏡和目鏡焦距都較小；2 ）光 學間隔很大。顯微系統(tǒng)按照使用條件的不同有如下兩種光束限制情況： 1）生物顯微鏡或稱 一般顯微鏡；2）測量顯微鏡。解題時應首先給予區(qū)分?！靖鶕?jù)類型確定光闌性質(zhì)是難點】 生物顯微鏡的物鏡框是系統(tǒng)的孔徑光闌，置于一次實像面處的分劃板是視場光闌，

19、目鏡 往往是漸暈光闌。測量顯微鏡的孔徑光闌位于物鏡的像方焦平面上，設在一次實像面處的分 劃板是視場光闌，物鏡和目鏡往往是漸暈光闌。 當孔徑光闌位于物鏡的像方焦面上時，系統(tǒng)的入瞳位于物方無限遠處，此時構成物方遠 心光路。測量顯微鏡采用物方遠心光路可避免由于調(diào)焦不準造成的測量誤差。 8. 場鏡及其在光學系統(tǒng)中的作用 光學系統(tǒng)中置于實像或?qū)嵪衩娓浇耐哥R被稱為場鏡，它能夠壓縮入射光線在后續(xù)光組 上的透射高度，從而減小后續(xù)光組的通光口徑。場鏡對成像不起作用，但對光瞳有影響，需 要滿足新的光瞳銜接要求。 9. 空間物成像和景深 許多光學系統(tǒng)能夠把空間中的物成像在一個像平面上，稱為空間物成像。景

20、深的定義、 公式及其影響因素。 第五章 光線的光路計算及像差理論 一.教學要求 通過本章4課時的授課，應使學生掌握像差的定義、分類和消像差原則；了解用于計算 像差的光線光路計算公式；了解單個折射球面的不暈點及其性質(zhì)；全面了解各種像差的定義、 影響因素、性質(zhì)、危害和消除方法；了解像差的級數(shù)表達式以及各種初級像差的分布式和分 布系數(shù)；掌握顯微物鏡、望遠物鏡、照相物鏡的像差校正原則。 二.重點難點 1. 像差的基本概念 (1) 像差與像差分類 光學系統(tǒng)成像時，實際像與理想像之間的差異稱為像差。這是由于實際光學系統(tǒng)成像均 具有一定的孔徑和視場，而且多數(shù)都是對白光或復色光成像而造成

21、的。 基于幾何光學理論，像差可以分為單色像差和色差兩類，單色像差根據(jù)性質(zhì)不同，又可 分為球差、慧差(正弦差)、像散、場曲和畸變5種；不同色光的成像差異稱為色差，它包括 位置色差和倍率色差2種。 基于波動光學理論，實際波面和理想波面之間的差異稱為波像差。 (2) 消像差原則 光學設計中總是根據(jù)系統(tǒng)的作用和接收器的特性把影響像質(zhì)的主要像差校正到某一公差 范圍內(nèi)；對光能接收器的最靈敏譜線校正單色像差，對接收器所能接收到的波段范圍兩邊緣 校正色差。 2. 光線光路計算 為求出光學系統(tǒng)的成像位置和大小以及各種像差，需要對子午面內(nèi)(近軸和實際)光線、 軸外點沿主光線的細光束和子午面外的空間光線

22、進行光路計算，求出對應像差。 3. 單個折射球面的不暈點 單個折射球面成像時，校正了球差，并滿足正弦條件的共軛點，稱為不暈點或齊明點。 根據(jù)球差的分布系數(shù)公式和成像關系可推導出三對齊明點的位置及其性質(zhì)。常利用它們的特 性來制作齊明透鏡，以增大物鏡的孔徑角，用于顯微物鏡或照明系統(tǒng)中。 4. 幾何像差的定義、影響因素、性質(zhì)、危害和消除方法 【全面掌握并靈活分析是本章難點】 5. 顯微物鏡、望遠物鏡、照相物鏡的像差校正 顯微物鏡和望遠物鏡均屬于大孔徑小視場的光學系統(tǒng)， 因此只需校正與孔徑有關的像差， 包括球差、正弦差和位置色差三種；照相物鏡屬于大孔徑大視場的光學系統(tǒng)，因此需要校正

23、所有7種幾何像差。 第六章典型光學系統(tǒng)及像質(zhì)評價方法 一. 教學要求 通過本章4課時的授課和4學時的實驗，應使學生掌握人眼的成像特性及各種典型光學 系統(tǒng)(放大鏡、顯微鏡、望遠系統(tǒng)和攝影系統(tǒng))的光學參數(shù)、結構形式、光束限制和成像特 性，明確視覺放大率、數(shù)值孔徑、視度調(diào)節(jié)、分辨率等基本概念，掌握相關公式。 二. 重點難點 1 .人眼的光學特性 (1) 人眼光學系統(tǒng) 人眼本身相當于攝影光學系統(tǒng)。物體經(jīng)成像元成像在視網(wǎng)膜上，神 經(jīng)受到刺激而產(chǎn)生視覺。人眼可通過肌肉調(diào)節(jié)改變等效光學系統(tǒng)的焦距，可通過調(diào)節(jié)瞳孔大 小適應外界光照度。 (2) 人眼的調(diào)節(jié)眼睛對任意距離的物體自動調(diào)焦的過程稱為眼

24、睛的調(diào)節(jié)。 其調(diào)節(jié)能力 A用遠點距離l和近點距離l的倒數(shù)之差來度量，即1/1 -11 = R - P = A。 r p r p (3) 正常眼和反常眼 眼睛的遠點在無限遠，或眼睛光學系統(tǒng)的后焦點在視網(wǎng)膜上，稱 為正常眼，反之稱為反常眼。反常眼的分類、定義和校正。 (4) 眼睛的分辨率眼睛能夠分辨最靠近的兩個相鄰點的能力稱為眼睛的分辨能力， 或 視覺敏銳度。 (5) 眼睛的對準 是指垂直于視軸方向上的置中或重合能力。對準后，偏離置中或重合 的線距離或角距離稱為對準誤差。對準誤差隨對準形式而變化。 (6) 眼睛的景深 定義、公式以及與一般光學系統(tǒng)景深公式的區(qū)別和聯(lián)系。 (7 )立體視

25、覺 雙眼立體視覺機理、產(chǎn)生誤差原因。相關概念：體視銳度、立體視覺半 徑、雙目立體視覺誤差等。 2. 放大鏡 放大鏡是能將放在焦點上或焦點附近的物體成放大虛像的目視透鏡或透鏡系統(tǒng)。放大鏡 視覺放大率定義、公式和適用條件。放大鏡系統(tǒng)的光束限制及其視場的計算。 3 .顯微鏡系統(tǒng) (1) 顯微系統(tǒng)的組成和工作原理 顯微系統(tǒng)是用來觀察近距離微小物體的光學系統(tǒng)， 它 由物鏡和目鏡組成，其特點是：物鏡和目鏡的焦距都很短，且光學間隔 △(物鏡的像方焦點 到目鏡的物方焦點間的距離)較大。使用時，將物體置于物鏡一倍焦距以外靠近焦點的位置 上，經(jīng)物鏡后成一個放大的、倒立的實像，且位于目鏡的物方焦面上或一

26、倍焦距以內(nèi)，經(jīng)目 鏡成像在無限遠或明視距離處，供人眼觀察。顯微鏡可分為生物顯微鏡(或一般顯微鏡)和 測量顯微鏡兩種，其光束限制情況不同。【其中根據(jù)系統(tǒng)類型畫出光路圖，分析光束限制情 況、計算漸暈條件下的通光口徑是難點】 (2) 顯微鏡的視覺放大率 定義、公式及其影響因素。 (3) 顯微鏡的線視場 定義、公式及其影響因素。 (4) 顯微鏡的分辨率和有效放大率 顯微鏡的分辨率主要取決于顯微物鏡的數(shù)值孔徑 NA ( NA = nsinu )，與目鏡無關。為了 充分利用物鏡的分辨率，使已被物鏡分辨開的細節(jié)也能被人眼分辨，顯微鏡要有足夠大的視 覺放大率r。滿足式500NA

27、 (5) 顯微鏡的景深 人眼通過顯微鏡調(diào)焦在對準平面上時，能夠獲得清晰像的物空間深 度稱為顯微鏡的景深。顯微鏡的數(shù)值孔徑越大，要求的放大倍率越高，其景深越小。景深的 大小決定了使用顯微鏡縱向調(diào)焦時的調(diào)焦誤差。 (6) 顯微鏡的照明 顯微鏡有4種照明方式。對于透明生物標本所采用的透射光亮視場 照明還有兩種照明方法，即臨界照明和柯勒照明。兩光路在組成、工作原理、光瞳銜接、照 明效果等方面都存在各自的特點?！酒渲信R界照明和柯勒照明的光瞳銜接關系是難點】 (7) 顯微鏡物鏡 顯微物鏡的主要參數(shù)、結構特點和像差校正。 4. 望遠鏡系統(tǒng) (1)望遠鏡系統(tǒng)的組成和工作原理 望遠鏡系統(tǒng)是用來觀測遠距

28、離物體的光學系統(tǒng)。 它 由物鏡和目鏡組成，其特點是：物鏡的焦距大于目鏡的焦距，且光學間隔 A = 0。從無限遠物 體發(fā)出的平行光線經(jīng)望遠物鏡后，在物鏡的像方焦平面上成一個實像，它正好位于目鏡的物 方焦面上（或1倍焦距內(nèi)），經(jīng)目鏡成像在無限遠處（或明視距離處），供人眼觀察。該系統(tǒng) 中，物鏡框是孔徑光闌，設在一次實像面處的分劃板是視場光闌，目鏡往往是漸暈光闌，其 大小影響軸外點成像的漸暈系數(shù)。【其中畫出系統(tǒng)光路圖，分析光束限制情況、計算漸暈條 件下的通光口徑是難點】 （2） 望遠系統(tǒng)的視覺放大率 定義、公式及其影響因素。 （3） 望遠系統(tǒng)的分辨率和工作放大率 定義、公式和相互關系。 （4

29、） 望遠系統(tǒng)的視場 用視場角即物體的邊緣對入瞳中心的張角 2o來表示望遠系統(tǒng)的 視場。視場計算公式及常規(guī)數(shù)值范圍。 （5） 其他型式的望遠鏡系統(tǒng) 伽利略望遠鏡由正光焦度的物鏡和負光焦度的目鏡構成無 焦系統(tǒng)，其視覺放大率大于 1，形成正立的像，但無法安裝分劃板，應用較少。伽利略望遠 鏡一般以人眼的瞳孔作為孔徑光闌（出瞳），物鏡框作為視場光闌（入窗）。由于它的視場光 闌不與物像面重合，對大視場一般存在漸暈現(xiàn)象。 5. 目鏡 目鏡的作用類似于放大鏡，它把物鏡所成的像放大在人眼遠點或明視距離供人眼觀察。 其光學參數(shù)（4個）及相關公式。視度調(diào)節(jié)的原理和公式。 6. 攝影（照相）系統(tǒng) （1）

30、系統(tǒng)組成與成像原理 攝影系統(tǒng)主要由照相鏡頭、可變光闌和感光底片三部分組成。 攝影物鏡將位于無限遠或準無限遠的景物成像在感光底片上，可變光闌起到調(diào)節(jié)光能量以適 應外界不同照明條件的作用。 （2） 攝影物鏡的參數(shù)和光學特性 攝影物鏡的光學成像特性主要由三個參數(shù)決定，即焦 距廣、相對孔徑Df'和視場角2o，其對系統(tǒng)的影響、相關公式和性質(zhì)。 （3） 攝影物鏡的景深 定義、公式和影響因素。 （4） 攝影物鏡的種類 可分為普通攝影物鏡、大孔徑攝影物鏡、廣角攝影物鏡、遠攝物 鏡和變焦距物鏡五種。 7. 投影系統(tǒng) 投影系統(tǒng)是將物體進行放大成像并投影在屏幕上的光學儀器，如：幻燈機、電影放映機、 測量

31、投影儀等。投影系統(tǒng)要求有足夠的照明亮度，用于測量的儀器還需無畸變。 投影系統(tǒng)的光學參數(shù)有4個：放大率、視場、焦距和相對孔徑。其相關公式。 為了在投影屏上獲得均勻而足夠的照度，必須應用大孔徑角的照明系統(tǒng)和適當?shù)墓庠础? 照明系統(tǒng)和投影系統(tǒng)的銜接要求是：①照明系統(tǒng)的拉赫不變量要大于投影系統(tǒng)的拉赫不變量; ②保證兩個系統(tǒng)的光瞳銜接和成像關系。 第七章光學系統(tǒng)的像質(zhì)評價 一.教學要求 通過本章2課時的授課，應使學生掌握5種光學系統(tǒng)像質(zhì)評價方法，了解其特點和適用 性；在此基礎上了解其他像質(zhì)評價方法和光學系統(tǒng)的像差公差要求。 二.重點難點 1. 光學系統(tǒng)的像質(zhì)評價 評價光學系統(tǒng)像質(zhì)的方法

32、主要有瑞利（Reyleigh ）判斷法、中心點亮度法、分辨率法、點 列圖法和光學傳遞函數(shù)（OTF）法5種。瑞利判斷便于實際應用，但它有不夠嚴密之處，只 適用于小像差光學系統(tǒng)；中心點亮度法概念明確，但計算復雜，它也只適用于小像差光學系 統(tǒng)；分辨率法十分便于使用，但由于受到照明條件、觀察者等各種因素的影響，結果不夠客 觀，而且它只適用于大像差系統(tǒng)；點列圖法需要進行大量的光線光路計算；光學傳遞函數(shù)法 是最客觀、最全面的像質(zhì)評價方法，既反映了衍射對系統(tǒng)的影響也反映了像差對系統(tǒng)的影響， 既適用于大像差光學系統(tǒng)的評價也適用于小像差光學系統(tǒng)的評價。 2. 其他性質(zhì)評價方法基于幾何光學方法、基于衍射理論方

33、法等 3. 光學系統(tǒng)的像差公差 第八章光的電磁理論基礎 一.教學要求 通過本章4課時的授課，應使學生明確麥克斯韋方程組、物質(zhì)方程和波動方程的表達式 及物理意義，掌握波動方程各種電磁波解（其中包括平面波解、簡諧波解、球面波和柱面波 解）的表達式、物理意義及公式中各參數(shù)的意義和關系，掌握平面電磁波的性質(zhì)，了解電磁 場的連續(xù)條件和菲涅爾公式，了解吸收、色散和散射的定義及相關公式，掌握 4種不同條件 下光波疊加后形成的物理現(xiàn)象、合成波表達式及其性質(zhì)。 二.重點難點 1. 麥克斯韋方程組、物質(zhì)方程和波動方程 麥克斯韋方程組是麥克斯韋在靜電場和穩(wěn)恒磁場基本規(guī)律基礎上，考慮電場與磁場的變

34、化，利用法拉第定律和位移電流的概念對其進行補充和修正后得出的。它揭示了電場和磁場 間相互激勵的性質(zhì)。描寫物質(zhì)在場的作用下特性的關系式稱為物質(zhì)方程。 根據(jù)麥克斯韋方程組，結合物質(zhì)方程，利用場論公式可推出無限大各向同性均勻介質(zhì)中 r r 遠離輻射源電磁場的波動方程，表明 E.B隨時間和空間的變化規(guī)律符合波動規(guī)律。 電磁場在介質(zhì)中的傳播速度為：v = 1項；在真空中的傳播速度為一常數(shù)： c = 3x108m/s，介質(zhì)的折射率：n = Cv > 1。 2. 平面電磁波及其性質(zhì) 平面電磁波的通解與行波的表示形式相同，表示點源的振動經(jīng)過一定時間延遲才傳播到 場點，電磁場是逐點傳播的。 平面

35、簡諧波是最簡單也是最重要的波動形式，可用三角形式和復數(shù)形式表示。光波參數(shù) 之間的關系、介質(zhì)中光波參數(shù)與其在真空中對應的光波參數(shù)之間關系等。 平面電磁波的性質(zhì)及其物理意義。 3. 球面波和柱面波 球面波和柱面波解的形式也可以由波動方程求解得到的，這兩種波的定義、數(shù)學表達式 和主要性質(zhì)。 4. 電磁場的邊界條件及菲涅爾公式 根據(jù)麥克斯韋方程組和電磁場連續(xù)條件，可以推導出表示入射波、反射波與折射波振幅 和位相關系的菲涅爾公式。公式推導及其物理意義。 5. 光的吸收、色散和散射 光的吸收、色散和散射是光波在物質(zhì)中傳播時所發(fā)生的普遍現(xiàn)象，是光與物質(zhì)相互作用 的表現(xiàn)。 物質(zhì)對光的一般吸收規(guī)

36、律（朗伯（Lambert ）定律、比爾（Beer ）定律）表達式、物理意 義和適用條件。 色散是光在物質(zhì)中傳播時其折射率（傳播速度）隨光波頻率（波長）而變的現(xiàn)象?？煞?為正常色散和反常色散?？挛鳎–auchy）公式。 按照介質(zhì)的不均勻性分類的各種散射及其基本特征。 6. 光波的疊加 光波的疊加原理：當光波在空間某區(qū)域相遇時，在相遇點產(chǎn)生的合振動是各個波單獨在 該點產(chǎn)生振動的矢量和。四種不同條件下光波疊加后形成的物理現(xiàn)象、合成波表達式及其性 質(zhì)。 第九章 光的干涉和干涉系統(tǒng) 一. 教學要求 通過本章10課時的授課和4課時的實驗，應使學生明確光的干涉定義和條件， 掌握楊氏 雙縫干涉

37、和平板（包括平行平板和楔板）雙光束干涉的裝置、公式、性質(zhì)和干涉條紋特點， 掌握典型的雙光束干涉系統(tǒng)（斐索、邁克爾遜、泰曼和馬赫 -澤德）及其應用，掌握平行平板 的多光束干涉條件、裝置、干涉條紋光強分布及基于平行平板多光束干涉的典型應用。明確 條紋的可見度、時間相干性、空間相干性、相干長度、相干時間、定域干涉、非定域干涉、 定域深度等相關概念。 二. 重點難點 1. 干涉及干涉條件 在兩個（或多個）光波疊加的區(qū)域，某些點的振動始終加強，另一些點的振動始終減弱， 形成該區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定的光強強弱分布的現(xiàn)象稱為光的干涉。 光波疊加形成干涉的條件是：1）頻率相同；2）振動方向相同；3）相位差恒定。而

38、且疊 加光波的光程差不超過光波的波列長度。 通過分波前法和分振幅法，可以由一個光波獲得兩個或多個相干光波。典型的例子有楊 氏干涉和平板干涉。 2. 楊氏干涉 楊氏干涉是通過分波前法產(chǎn)生的。楊氏干涉的實驗裝置、光強分布公式、干涉條紋性質(zhì) 特點及其與實驗裝置參數(shù)之間的關系。 3. 條紋的可見度 干涉條紋可見度的定義、公式（定義式和計算式）、影響因素。 空間相干性和時間相干性均表示光波能夠產(chǎn)生干涉的性質(zhì)，分別與光源的大小和光源的 非單色性有關，其定義、影響因素和衡量指標。 【其中空間相干性、時間相干性的概念、區(qū) 別聯(lián)系是理解上的難點】 4. 平板的雙光束干涉 （1） 平行平板的雙

39、光束干涉 實驗裝置、干涉原理、光強分布公式、條紋分布特點等。 （2） 楔板的雙光束干涉 楔形平板的定域情況復雜，這里主要考慮平行光垂直照射的情 況。分析等厚干涉原理、條紋分布性質(zhì)及其應用。 5. 典型的雙光束干涉系統(tǒng)及應用 在充分了解斐索、邁克爾遜、泰曼和馬赫-澤德4種典型雙光束干涉系統(tǒng)結構特點的基礎 上，還需掌握4種干涉系統(tǒng)的用途、工作原理、干涉條紋的形狀和性質(zhì)等。【其中根據(jù)條件（如: 照明、被檢元件要求等）靈活分析干涉原理和定域位置，判斷干涉條紋分布特點是難點】 6. 平行平板的多光束干涉及應用 多光束干涉形成條件是：平行平板上鍍高反膜。干涉強度公式和條紋分布特點。條紋銳 度和條

40、紋精細度的定義。 基于多光束干涉原理的典型應用是：法布里一珀羅干涉儀（ Fabry-Perot interferometer ， 簡稱F-P干涉儀）和干涉濾光片。F-P干涉儀可用于光譜線精細結構的分析，它的 2個重要 參數(shù)為：自由光譜范圍（最大測量范圍）和分辨本領。干涉濾光片是一種能夠從白光中過濾 出近單色光的多層膜系。它光學性能由以下 3個參數(shù)表征：中心波長（對應透射比最大的波 長）、透射帶的波長半寬度和峰值透過比。 第十章光的衍射 一.教學要求 通過本章10課時的授課和2課時的實驗，應使學生掌握衍射的定義、衍射系統(tǒng)的構成和 衍射的分類；了解衍射公式的推導過程、基本依據(jù)和近似條件，

41、明確有透鏡系統(tǒng)夫瑯和費衍 射公式的物理意義。掌握矩孔、單縫、圓孔和多縫的夫瑯和費衍射光強分布公式，并會依此 分析其夫瑯和費衍射圖樣的特點。了解夫朗和費衍射和傅立葉變換的關系，掌握光學系統(tǒng)衍 射對分辨本領的影響。掌握光柵的相關概念、光柵方程和分光特性，掌握閃耀光柵和階梯光 柵的工作原理、光柵方程和條紋分布性質(zhì)。 二.重點難點 1. 衍射的概念 光波在空間傳播遇到障礙物(其尺寸與光波波長相當)時，其傳播方向偏離直線傳播， 進入幾何陰影中，且呈現(xiàn)不均勻的光強分布的現(xiàn)象叫衍射。 衍射系統(tǒng)由光源、衍射屏和接收屏三部分組成。根據(jù)其三者的位置關系，衍射可分為菲 涅爾衍射和夫瑯和費衍射。夫瑯和費衍射

42、和菲涅爾衍射的主要區(qū)別和判斷依據(jù)。 2. 夫瑯和費衍射公式及其物理意義 3. 典型孔徑的夫瑯和費衍射 (1) 矩孔的夫瑯和費衍射 衍射裝置、光強分布公式、條紋特點及性質(zhì)。 (2) 單縫的夫瑯和費衍射 光強分布公式、條紋特點及性質(zhì)。 (3) 圓孔的夫瑯和費衍射 光強分布公式、條紋特點及性質(zhì)(愛里斑性質(zhì))。 4. 夫朗和費衍射和傅立葉變換 傅立葉變換及其物理意義、光學衍射和傅里葉變換的關系、傅立葉變換性質(zhì)及應用。 5. 光學系統(tǒng)的分辨本領 無像差光學系統(tǒng)中物點所成的像不是一個點而是一個衍射光斑，這個衍射光斑的光強分 布與系統(tǒng)孔徑的夫瑯和費衍射圖樣完全相同。 光學系統(tǒng)的分辨本領是

43、指光學系統(tǒng)分辨物的細微結構的能力，即系統(tǒng)能夠分辨開兩個靠 近點物的能力。分辨率判定標準是瑞利判據(jù)。望遠物鏡、照相物鏡和顯微物鏡的分辨本領表 示及相應公式。 6. 多縫的夫瑯和費衍射 多縫參數(shù)、光強分布公式和光強分布特點。 7. 光柵 光柵是能夠?qū)θ肷涔獠ǖ恼穹蛭幌噙M行空間周期調(diào)制，或?qū)φ穹臀幌嗤瑫r進行空間 周期調(diào)制的光學元件。光柵按調(diào)制方式不同可分為振幅型或位相型；按工作方式不同可分為 透射型或反射型；按工作表面不同可分為平面型或凹面型；按制作方法不同又可分為機制光 柵、復制光柵和全息光柵等。光柵的夫朗和費衍射圖樣被稱作光柵光譜，光柵的主要作用是 分光。光柵方程、光柵的色散、光柵的色

44、分辨本領和光柵的自由光譜范圍定義、公式。 其他典型光柵：閃耀光柵、階梯光柵。 第十一章光的偏振和晶體光學基礎 一. 教學要求 通過本章16課時的授課和2課時的實驗，應使學生掌握自然光、偏振光和部分偏振光的 概念、特征和偏振光產(chǎn)生的一般方法；會利用菲涅爾公式、布儒斯特定律、馬呂斯定律求解 計算問題；明確與晶體光學有關的相關概念，如晶體的光軸、主平面、主截面、單軸晶體和 多軸晶體、正晶體和負晶體等；會用惠更斯原理作圖法分析光在晶體中的雙折射性質(zhì)；掌握 典型偏振器件工作原理和一般分析方法；會用矩陣方法表示偏振光和偏振器件，并利用矩陣 求解偏振系統(tǒng)的出射光；掌握偏振光的干涉原理、裝置和公式推導

45、，掌握正交偏振器系統(tǒng)和 平行偏振器系統(tǒng)干涉的光強分布及其特點，了解偏振光干涉的典型應用。掌握旋光現(xiàn)象和相 關公式。 二. 重點難點 1. 自然光、偏振光和部分偏振光 自然光、偏振光和部分偏振光的定義。部分偏振光的表示（偏振度）。產(chǎn)生偏振光的一般 方法有：反射折射法、二向色性法、散射法和雙折射法。 2. 布儒斯特定律及其應用 布儒斯特定律：自然光投射到兩種介質(zhì)的分界面上時，若入射角 0『口折射角0 2滿足關系 01 +02 =；，則反射光中沒有振動方向平行于入射面的分量?；谠摱煽稍O計出玻璃片堆 和偏振分光鏡等起偏器件。 3. 馬呂斯定律 從起偏器出射的光強為10的光經(jīng)過一檢偏

46、器，其出射光強/隨兩器件透光軸的夾角0而變化。 即：I = Io cos2 0。 4. 晶體與晶體光學的相關概念 晶體的雙折射、o光和e光、晶體的光軸、主平面、主截面、單軸晶體和多軸晶體、正 晶體和負晶體等概念?！酒渲蟹治鼍w的主平面、主截面和晶體快慢軸的關系是難點】 5. 惠更斯作圖法分析晶體雙折射性質(zhì) 6. 偏振器件的作用、工作原理及特點 偏振器件按用途可分為起偏器件、分束棱鏡和波片三大類。它們的名稱、制作方法和工 作原理?！酒渲?種波片對不同偏振態(tài)入射光的作用容易混淆，是學習難點】 。 7. 偏振光的矩陣表示和運算 矩陣方法是表示偏振光和研究偏振光變換的有效方法，通常涉及到的問題有三類： 1）求 偏振光的歸一化矩陣；2）求偏振器件的瓊斯矩陣；3）求經(jīng)偏振器件變換后出射光的偏振性 質(zhì)。 8 .偏振光的變換和判斷 利用偏振器件可以產(chǎn)生偏振光、變換偏振光，并能分析和判斷偏振光的性質(zhì)。 【該問題涉 及到偏振器件的性質(zhì)和應用，問題靈活且容易混淆，是學習難點】 。 9.偏振光的干涉 偏振干涉裝置、公式、干涉圖樣特點分析、應用。