《工程光學(xué)》教學(xué)大綱設(shè)計(0807408002)

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1、word 《工程光學(xué)》課程教學(xué)大綱 課程代碼：0807408002 課程名稱：工程光學(xué) 英文名稱：Engineering Optics 學(xué) 分：4 總 學(xué) 時：64 講課學(xué)時：56 實驗學(xué)時：8 上機(jī)學(xué)時：0 課外學(xué)時：0 適用對象：光電信息科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生 先修課程：大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué) 學(xué)生自主學(xué)習(xí)時數(shù)建議：128 一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù) 工程光學(xué)課程是一門專業(yè)根底課，是光學(xué)設(shè)計、光電成像技術(shù)、光電檢測和光學(xué)測量等專業(yè)課的先修課程。本課程主要講授幾何光學(xué)和物理光學(xué)方面的根本理論、根本方法和典型光學(xué)系統(tǒng)實例與應(yīng)用。通過本課程的

2、學(xué)習(xí)，學(xué)生能對光學(xué)的根本概念、根本原理和典型系統(tǒng)有較為深刻的認(rèn)識，為學(xué)習(xí)光學(xué)設(shè)計、光信息理論和從事光學(xué)研究打下堅實的根底。 二、教學(xué)根本要求 1、掌握幾何光學(xué)的根本定律與成像理論； 2、了解球面光學(xué)成像系統(tǒng)的根本知識； 3、掌握理想光學(xué)系統(tǒng)和平面光學(xué)系統(tǒng)的根本理論，了解典型光學(xué)系統(tǒng)和現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)； 4、理解光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì)評價，光的衍射與傅里葉光學(xué)知識； 5、掌握光波的特性，了解光的干預(yù)、光的衍射，光扁振和光調(diào)制的內(nèi)容； 三、教學(xué)內(nèi)容 第一章 幾何光學(xué)根本定律與成像概念 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕幾何光學(xué)的根本定律 1．幾何光學(xué)的點、線、面； 2．幾何光學(xué)的根本定

3、律； 3．費馬原理； 〔2〕 光學(xué)系統(tǒng)的物像概念 2、重點和難點 〔1〕重點：費馬原理 〔2〕難點：實物、實像、虛物、虛像的概念與分辨 第二章 理想光學(xué)系統(tǒng) 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕理想光學(xué)系統(tǒng)的根本理論 〔2〕理想光學(xué)系統(tǒng)的基點與基面 1．無限遠(yuǎn)的軸上物點與像方焦點； 2．無限遠(yuǎn)的軸上像點與物方焦點； 3．主平面； 4．光學(xué)系統(tǒng)的焦距； 5．理想光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)點； 〔3〕理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系 1．作圖法求像； 2．解析法求像； 〔4〕理想光學(xué)系統(tǒng)的多光組成像 1．多光組成像的一般過程； 2．多光組系統(tǒng)的等效系統(tǒng)； 3．雙光組組合； 4．雙光組組合的應(yīng)用

4、實例； 〔5〕實際光學(xué)系統(tǒng)的基點和基面 1．實際光學(xué)系統(tǒng)的基點和基面； 2．實際光學(xué)系統(tǒng)的基點和基面； 2、重點和難點 〔1〕重點：圖解法求像的方法、解析法求像方法〔牛頓公式、高斯公式〕 〔2〕難點：理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率概念與公式，理想光學(xué)系統(tǒng)兩焦距之間的關(guān)系，理想光學(xué)系統(tǒng)的組合公式和正切計算法 第三章 平面與系統(tǒng) 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕平面鏡 1．單平面鏡的成像特性； 2．雙平面鏡的成像特性； 〔2〕反射棱鏡 1．反射棱鏡的類型； 2．棱鏡系統(tǒng)成像的物像坐標(biāo)變化； 3．反射棱鏡的等效作用與展開； 〔3〕平行平面平板 1．平行平板的成像特性； 2．平行平板對光

5、纖位移的計算； 3．平行平板的等效空氣層； 4．共軸球面系統(tǒng)與平面棱鏡系統(tǒng)的組合； 〔4〕折射棱鏡與光楔 1．折射棱鏡； 2．光楔； 2、重點和難點 〔1〕重點：平面鏡的成像特點和性質(zhì)，平面鏡的旋轉(zhuǎn)特性，光學(xué)杠桿原理和應(yīng)用 〔2〕難點：折射棱鏡的作用，其最小偏向角公式與應(yīng)用，光楔的偏向角公式與其應(yīng)用 第四章　光學(xué)系統(tǒng)中的光闌和光束限制 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕概述 〔2〕孔徑光闌 1．孔徑光闌的判斷； 2．入射光瞳和出射光瞳； 〔3〕視場光闌 1．視場X圍的計算； 2．漸暈與其相關(guān)計算； 3．入射窗和出射窗； 〔4〕漸暈光闌與場鏡 1．漸暈光闌； 2．場鏡

6、； 〔5〕景深與焦深 1．景深； 2．焦深； 3．遠(yuǎn)心光路； 2、重點和難點 〔1〕重點：漸暈、漸暈光闌、漸暈系數(shù)的定義與漸暈光闌和視場光闌的關(guān)系；孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義與它們的關(guān)系 〔2〕難點：望遠(yuǎn)系統(tǒng)的根本結(jié)構(gòu)、成像關(guān)系和光束限制 第五章　光度學(xué)和色度學(xué)根底 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕光度學(xué)中輻射量和光學(xué)量的定義、單位，光度學(xué)根本量的定義和單位，輻射量和光學(xué)量的關(guān)系 〔2〕光傳播過程中光學(xué)量的主要變化規(guī)律 〔3〕顏色的根本概念、性質(zhì)、定律 〔4〕CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)簡介 2、重點和難點 〔1〕重點：光度學(xué)中的定義 〔2〕難點：光傳播過程中光學(xué)量的主

7、要變化規(guī)律 第六章　光線的光路計算與像差理論 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕相差的定義、種類和消像差的根本原如此 〔2〕單個折射球面的不暈點〔齊明點〕的概念和性質(zhì)，求解方法 〔3〕7種幾個像差的定義、影響因素、性質(zhì)和消像差方法 〔4〕波像差的定義與其與幾何像差的關(guān)系 2、重點和難點 〔1〕重點：像差的定義、種類和消像差的根本原如此 〔2〕難點：7種幾何像差的定義、影響因素、性質(zhì)和消像差方法 第七章　典型光學(xué)系統(tǒng) 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕正常眼、近視眼和遠(yuǎn)視眼的定義和特征，校正非正常眼的方法，眼睛調(diào)節(jié)能力的計算 〔2〕視覺放大率的概念、表達(dá)式與其意義，與光學(xué)系統(tǒng)角放大率的異同點 〔

8、3〕放大鏡的視覺放大率 〔4〕顯微鏡系統(tǒng)的概念和計算公式，包括：1)組成、成像關(guān)系、光束限制 2)視覺放大率公式 3)視場公式 4)數(shù)值孔徑和出瞳 D' 5)物鏡的分辨率 6 )顯微鏡的有效放大率 7)物鏡的景深 8)視度調(diào)節(jié)：〔5〕臨界照明和坷拉照明〔6〕 望遠(yuǎn)系統(tǒng)的概念和計算公式，包括： 1)組成、成像關(guān)系、光束限制 2)視覺放大率公式 3)分辨率與視覺放大率的關(guān)系 4)有效分辨率和工作分辨率〔7〕攝影系統(tǒng)的概念和計算公式，包括： 1)組成、成像關(guān)系、光束限制 2)攝影物鏡的3個主要參數(shù)與其影響作用 3)分辨率公式 4)光圈的定義與其與孔徑光闌、分辨率、像面照度、景深的關(guān)系 5)景深公式與

9、其影響因素 6)攝影物鏡的種類〔8〕投影系統(tǒng)的概念和計算公式，包括： 1)系統(tǒng)的根本要求 2)主要光學(xué)參數(shù) 3)其照明系統(tǒng)的銜接條件 2、重點和難點 〔1〕重點：放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、投影儀的結(jié)構(gòu)與成像 〔2〕難點：光學(xué)系統(tǒng)外形尺寸計算、分辯率、變焦距光學(xué)系統(tǒng) 第八章　光的電磁理論根底 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕光波的特性 1．麥克斯韋方程組； 2．物質(zhì)方程； 3．電磁波動方程； 〔2〕幾種簡單的光波場 1．簡諧平面波； 2．球面波和柱面波； 3．電磁場的能量和能流； 〔3〕光波的疊加 1．波的疊加原理； 2．同頻率、同振動方向單色光波的疊加； 3．頻率

10、一樣、振動方向垂直單色光波的疊加； 4．不同頻率單色光波的疊加； 〔4〕光在兩種介質(zhì)分界面上的反射和折射 1．電磁場的邊界條件； 2．反射定律和折射定律； 3．菲涅爾公式； 4．菲涅爾公式的討論； 2、重點和難點 〔1〕重點：電磁波的平面波解，包括：平面波、簡諧波解的形式和意義，物理量的關(guān)系，電磁波的性質(zhì)等 〔2〕難點：波的疊加原理與4種情況下兩列波的疊加結(jié)果、性質(zhì)分析 第九章　光的干預(yù) 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕光的干預(yù)條件和楊氏干預(yù)實驗 1．光波干預(yù)條件； 2．楊氏干預(yù)實驗； 〔2〕干預(yù)條紋的可見度 1．雙光束干預(yù)時干預(yù)條紋的可見度； 2．光源的非單色性對干預(yù)條

11、紋可見度的影響； 3．光源的大小對干預(yù)條紋可見度的影響； 〔3〕平板的雙光束干預(yù) 1．干預(yù)條紋的分類； 2．等傾干預(yù)； 3．等厚干預(yù)； 〔4〕平板干預(yù)的應(yīng)用 1．邁克爾遜干預(yù)； 2．泰曼-格林干預(yù)儀和波面干預(yù)技術(shù)； 3．馬赫—曾德爾干預(yù)儀； 〔5〕平行平板的多光束干預(yù)與其應(yīng)用 1．平行平板的多光束干預(yù)原理； 2．干預(yù)濾光片； 2、重點和難點 〔1〕重點：楊氏雙縫干預(yù)性質(zhì)、裝置、公式、條紋特點與其現(xiàn)象的應(yīng)用 〔2〕難點：平行平板的雙光束干預(yù)定域面、干預(yù)裝置、干預(yù)條紋的性質(zhì)和計算公式 第十章　光的衍射 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕的標(biāo)量衍射理論 1．衍射的根本概念；

12、 2．惠更斯—菲涅耳原理； 3．兩種典型的衍射； 〔2〕菲涅耳衍射 1．菲涅耳半波帶法； 2．菲涅耳波帶片； 〔3〕夫瑯禾費衍射 1．矩孔衍射； 2．單縫衍射； 3．單縫衍射因子的特點； 4．多縫衍射； 5．圓孔衍射； 〔4〕光學(xué)成像系統(tǒng)的衍射和分辨本領(lǐng) 1．望遠(yuǎn)鏡的分辨率； 2．照相物鏡的分辨率； 3．顯微鏡的分辨率； 4．雙光組組合的應(yīng)用實例； 〔5〕衍射光柵 1．衍射光柵概述； 2．幾種典型的衍射光柵； 2、重點和難點 〔1〕重點：矩孔、單縫夫瑯和費衍射的光強(qiáng)分布公式和衍射條紋性質(zhì)分析 〔2〕難點：圓孔夫瑯和費衍射的光強(qiáng)分布公式和衍射條紋性質(zhì)分析

13、，成像系統(tǒng)的分辨本領(lǐng) 第十一章　光的偏振 1、教學(xué)內(nèi)容 〔1〕偏振光的描述 1．光波的偏振態(tài)； 2．偏振度； 3．偏振態(tài)的表示法； 〔2〕各向異性介質(zhì)中光波的傳播特性 1．晶體的光學(xué)各向異性； 2．平面波在晶體中的傳播； 3．平面波在晶體上的雙反射和雙折射； 〔3〕偏振器件 1．偏振器； 2．波片； 3．偏振器件的數(shù)學(xué)描述； 〔4〕偏振光的干預(yù) 〔5〕波導(dǎo)光學(xué)根底 〔6〕光的量子性和激光根底 2、重點和難點 〔1〕重點：菲涅爾公式、布儒斯特定律和馬呂斯定律 〔2〕難點：各種起偏器、分束器和波片的結(jié)構(gòu)、作用和工作原理 四、實踐環(huán)節(jié)設(shè)計 (一)課內(nèi)實驗

14、 1、透鏡焦距的測量實驗 2、光的干預(yù)實驗 3、光的衍射實驗 4、光的偏振實驗 5、基于軟件模擬設(shè)計單透鏡、雙透鏡、牛頓望遠(yuǎn)鏡等實驗 五、課外習(xí)題與課程討論 為達(dá)到本課程的教學(xué)根本要求，課內(nèi)和課外習(xí)題〔包括自測題〕不應(yīng)少于20題。 六、教學(xué)方法與手段 本課程采用板書與多媒體課件結(jié)合的方式進(jìn)展課堂教學(xué)。 七、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配 章節(jié)〔或內(nèi)容〕 講課 實驗 上機(jī) 習(xí)題課 討論課 自主學(xué)習(xí) 合計 幾何光學(xué)根本定律與成像概念 4 2 4 理想光學(xué)系統(tǒng) 6 8 平面與系統(tǒng) 4 4

15、 光學(xué)系統(tǒng)中的光闌和光束限制 4 4 光度學(xué)和色度學(xué)根底 2 2 光線的光路計算與像差理論 4 2 6 典型光學(xué)系統(tǒng) 6 8 光的電磁理論根底 6 6 光的干預(yù) 6 2 8 光的衍射 6 2 6 光的偏振 4 2 2 8 合 計 52 8 4 64 八、學(xué)生自主學(xué)習(xí)要求 學(xué)生自主學(xué)習(xí)要求時數(shù)不少于128學(xué)時。 九、考核方式與成績評定 1、本課程為考試課程，期

16、末考試為閉卷筆試 2、學(xué)生的課程總評成績由平時成績〔占40%〕和期末考試成績〔60%〕兩局部構(gòu)成，平時成績包括實驗、作業(yè)、出勤、課堂測驗、學(xué)習(xí)主動性等。 十、推薦教材和教學(xué)參考書 教 材：《工程光學(xué)根底教程》，郁道銀編著，機(jī)械工業(yè)，2007年。 參考書：《工程光學(xué)》，X風(fēng)林編著，某某大學(xué)，1988年。 《物理光學(xué)》，梁銓廷編著，電子工業(yè)，2012年。 大綱制訂人： 大綱審定人： 制訂日期：年 月 日 《工程光學(xué)》實驗教學(xué)大綱 一、教學(xué)目標(biāo)與根本要求 1、通過實驗，加深對工程光學(xué)根本理

17、論知識的理解，熟練掌握工程光學(xué)的根本測試原理、實驗方法、實驗思想、操作技能，實驗結(jié)果分析，掌握實際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計方法； 2、熟悉并掌握常用光學(xué)儀器設(shè)備的使用方法； 3、通過實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生運用根底理論知識，分析和解決光學(xué)工程中實際問題的能力和創(chuàng)新能力。 二、根本理論與實驗技術(shù)知識 本實驗課程是《工程光學(xué)》理論課程的配套課程，需要學(xué)生利用理論課涉與的幾何光學(xué)根本定律與成像概念、理想光學(xué)系統(tǒng)、平面與平面系統(tǒng)、光束限制、典型光學(xué)系統(tǒng)、光的干預(yù)、衍射與、偏振等知識完成相關(guān)的實驗項目。通過實驗，使學(xué)生初步掌握薄透鏡焦距測量、望遠(yuǎn)鏡等典型光學(xué)系統(tǒng)、楊氏雙縫干預(yù)、夫瑯禾費衍射與馬呂斯定律有所認(rèn)識，

18、學(xué)會光源的使用、光學(xué)系統(tǒng)的搭建，各光學(xué)元件間距測量與數(shù)據(jù)的處理工作。 三、實驗方法、特點與根本要求 學(xué)生在課前認(rèn)真閱讀實驗教材和有關(guān)資料，實驗中，學(xué)生應(yīng)該根據(jù)實驗項目的要求選擇光學(xué)器件、搭建調(diào)平光學(xué)系統(tǒng)、觀察到光學(xué)影像。光學(xué)元件軸向測距應(yīng)首先該元件的中心，橫向測距應(yīng)會使用光學(xué)測微儀相對測量。認(rèn)真作好實驗報告，認(rèn)真分析實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)，引出正確結(jié)論。 四、實驗主要儀器設(shè)備 分光計、分光鏡、光學(xué)平臺、測節(jié)器、ZJS型多功能組合光具坐、透鏡、棱鏡、邁克爾遜干預(yù)儀、偏振光實驗系統(tǒng)、激光器、光源、光闌、反射鏡、偏振分光棱鏡等。 五、實驗項目的設(shè)置與內(nèi)容提要 序號 實驗項目 內(nèi) 容

19、提 要 實驗學(xué)時 實驗類型 每組人數(shù) 實驗要求 1 透鏡焦距的測量 了解光具坐結(jié)構(gòu)，學(xué)會調(diào)整和使用方法，掌握焦距測量原理和測量要點 2 設(shè)計性 2-3 必做 2 光的干預(yù)測量 干預(yù)儀調(diào)整，觀察牛頓環(huán)、等厚、 等傾干預(yù)條紋 2 驗證性 2-3 必做 3 光的衍射測量 觀察單縫、雙縫、小孔衍射現(xiàn)象 2 驗證性 2-3 必做 4 光的偏振測量 搭建光學(xué)實驗系統(tǒng)觀察線偏振光、馬呂斯定律、橢圓偏振光、旋光現(xiàn)象 2 驗證性 2-3 必做 5 仿真模擬 基于軟件模擬設(shè)計單透鏡、雙透鏡、牛頓望遠(yuǎn)鏡等 2 驗證性 2-3 選做 注：設(shè)計實驗根據(jù)情況選 4個，總實驗學(xué)時為8 學(xué)時。 六、實驗報告要求 按照指導(dǎo)教師要求撰寫和提交實驗報告和實驗原始記錄。 七、考核方式與成績評定 1、考核方式：考查 2、成績評定：〔1〕預(yù)習(xí)情況10%?！?〕態(tài)度和紀(jì)律：10% ?！?〕實驗?zāi)芰?、實驗結(jié)果50% ?！?〕實驗報告30% 。 八、推薦教材和教學(xué)參考書 教 材：《工程光學(xué)實驗教程》，賀順忠編著，機(jī)械工業(yè)，2007年。 參考書：《Zemax學(xué)習(xí)秘笈》，訊技光電科技〔某某〕某某，2005年。 大綱制訂人：覃翠 大綱審定人：X健 制訂日期： 2014 年8 月16 日 9 / 9