20121017現代應用光學

1、現代應用光學課程教學大綱課程代碼： 090231006課程英文名稱： Modern Applied Optics 課程總學時： 48 講課： 48 實驗： 0 上機： 0 適用專業(yè)：光信息科學與技術 大綱編寫（修訂）時間： 2010.7一、大綱使用說明（一）課程的地位及教學目標本課程是光信息科學與技術專業(yè)的一門專業(yè)基礎必修課， 應用光學作為光學領域重要的技術 基礎，使學生了解和掌握光學系統成像的基本理論；掌握典型光學系統的成像原理及設計方法， 為學生今后進行光學系統的設計工作奠定基礎。（二）知識、能力及技能方面的基本要求1、知識方面的基本要求：通過本課程的學習， 使學生掌握： 實際光學系統與理

2、想光學系統的概念、 作用、 二者的關系， 以及它們的成像原理與計算方法； 掌握平面光學元件的成像性質與在光學系統中的作用； 掌握光 闌的作用與對系統光束的限制；了解光度學的基本概念及掌握光學系統光能的傳遞與計算方法； 掌握典型系統的成像原理及各性能參數之間的關系。2、能力方面的基本要求：通過本科程的學習， 培養(yǎng)學生： 用幾何光學的觀點、 理論和方法分析光學系統或光學儀器的 成像性質，掌握光學系統的設計思想和方法，了解常用光學儀器的性能和應用。3、技能方面的基本要求：通過本課程的學習， 使學生達到能根據光學系統的設計指標要求， 確定光學系統的外形尺寸、 位置等參數。（三）實施說明 這個教學大綱是

3、根據光信息科學與技術專業(yè)的特點和學科內容要求而編寫的 , 在執(zhí)行本大綱 時應注意以下幾點：1. 嚴格執(zhí)行教學大綱。2. 注意本課程與先修課的系統性，及其本身的實用性、前瞻性；3. 教師在授課中可根據實際情況安排各部分的選學和必學部分。（四）對先修課的要求本課的先修課程：高等數學 , 普通物理（五）對習題課、實踐環(huán)節(jié)的要求 各章內容學習結束后，根據教材內容選擇習題，布置習題作業(yè)，根據習題的完成質量，隨堂 講解各章重點習題，期末總復習全面講解。（六）課程考核方式1 考核方式：考試2 考核目標： 在考核學生應用光學基礎理論和方法的基礎上， 重點考核解決實際問題能力。3 成績構成： 本課程的總成績主要

4、由三部分組成： 平時成績 （包括作業(yè)情況、 出勤情況等） 占 20%，期末考試成績占 80%。平時成績由任課教師視具體情況按百分制給出 ；（七）參考書目 1、應用光學安連生編，北京理工大學出版社，2002 年2 、應用光學 ，張以謨編，電子工業(yè)出版社， 2008 年3 、工程光學，郁道銀編，機械工業(yè)出版社，2005年二、中文摘要該課程是“光信息科學與技術”專業(yè)本科生的專業(yè)必修課。應用光學是光學工程領域的重要 技術基礎。它有助于學生理解和掌握光學成像系統的理論基礎和光學系統的設計方法。為學生將來在光學工程和光學系統的設計方面打下良好的基礎。三、課程學時分配表序號章節(jié)名稱學時講課實驗上機1幾何光學

5、的基本原理44001.1幾何光學的基本定律21.2費馬原理和馬呂斯定律11.3光學系統成像的概念，光學材料12共軸球面系統的成像關系1212002.1符號規(guī)則12.2單個球面的光路計算公式12.3近軸光學的基本公式和意義12.4理想光學系統的基點12.5理想光學系統的物像關系42.6光學系統的放大率12.7光學系統的組合22.8單透鏡基點的計算公式13眼睛和目視光學儀器44003.1人眼的光學特性23.2目視光學儀器的工作原理13.3空間深度感覺和雙眼立體感覺14平面鏡棱鏡系統66004.1平面反射鏡24.2棱鏡和棱鏡展開14.3屋脊棱鏡14.4平行平板的成像性質14.5折射棱鏡和光楔15光學

6、系統中成像光束的選擇44005.1光闌及其應用15.2遠心光路15.3景深，場鏡26輻射度學和光度學基礎66006.1輻射度學的基本量26.2光度學中的基本量16.3光學系統中光束的光亮度16.4像平面照度16.5人眼的主觀亮度17光學系統中成像質量的評價方法44007.1光學系統中的像差27.2理想光學系統的分辨率28典型光學系統66008.1望遠系統的原理和類型28.2顯微系統的工作原理28.3光學系統外形尺寸的計算29期末總結2200合計4848四、教學內容及基本要求第1部分幾何光學的基本原理總學時（單位：學時）:4 講課:4 實驗:0上機:01幾何光學的基本原理了解光線和光波；理解幾何

7、光學的研究方法；掌握幾何光學的基本定律。2費馬原理和馬呂斯定律了解基本定律、費馬原理和馬呂斯定律之間的關系；掌握費馬原理和馬呂斯定律3光學系統成像的概念，光學材料 了解和理解光學材料的特性；掌握成像的基本概念。重點:幾何光學的基本原理難 點：基本定律、費馬原理和馬呂斯定律之間的關系習 題：幾何光學的基本原理等第2部分 共軸球面系統的成像關系總學時（單位：學時）:12 講課:12 實驗:0上機:01符號規(guī)則了解和理解規(guī)定符號規(guī)則的意義；掌握符號規(guī)則。2單個球面的光路計算公式了解單個折射球面光路計算方法；理解球面反射鏡的成像關系；掌握理想成像條件3近軸光學的基本公式和意義 了解和理解近軸光學成像的

8、意義；掌握近軸光學基本公式4理想光學系統的基點了解和理解理想光學系統基點的作用；掌握三個基點的定義和之間關系5理想光學系統的物像關系了解和理解理想光學系統的物像關系求解方法；掌握圖解法和解析法求像6光學系統的放大率了解和理解三個放大率之間的關系；掌握三個放大率的定義，公式和物像不變式7光學系統的組合了解和理解解析法求光學系統組合基點的方法，矩陣方法；掌握圖解法求光學系統組合 基點方法8單透鏡基點的計算公式 掌握單透鏡基點的計算公式 重 點：理想光學系統的基點 難 點：理想光學系統物像關系 習 題：理想光學系統物像關系計算第 3 部分 眼睛和目視光學儀器總學時 （單位：學時 ）:4 講課:4 實

9、驗 :0 上機 :01 人眼的光學特性 了解人眼的構造；理解人眼的調節(jié)；掌握人眼的光學特性，缺陷和矯正。2 目視光學儀器的工作原理 了解目視光學儀器的視度調節(jié)；掌握目視光學儀器的工作原理、視角放大率。3 空間深度感覺和雙眼立體感覺 了解人眼產生空間深度感覺的原因；理解雙眼立體感覺；掌握雙目光學儀器的光學特性。重 點 : 人眼的光學特性難 點 : 空間深度感覺和雙眼立體感覺習 題 : 人眼成像光路第 4 部分 平面鏡棱鏡系統總學時 （單位：學時 ）:6 講課:6 實驗 :0 上機 :01 平面反射鏡了解平面反射鏡在光學系統中的應用； 理解平面反射鏡在光路中的作用； 掌握平面反射鏡的 成像特性。2

10、 棱鏡和棱鏡展開了解棱鏡在光學系統中的應用； 理解棱鏡在光路中的作用； 掌握棱鏡的成像特性和棱鏡的展 開的意義和方法。3 屋脊棱鏡了解屋脊棱鏡在光學系統中的應用； 理解屋脊棱鏡在光路中的作用； 掌握屋脊棱鏡的成像特 性和棱鏡的成像方向的判斷。4 平行平板的成像性質 了解和理解平行平板對光學系統成像的影響；掌握平行平板的成像性質，等效空氣層等。5 折射棱鏡和光楔 了解折射棱鏡的作用；掌握折射棱鏡和光楔的光學特性和應用。重 點 : 平行平板的成像特性難 點 : 棱鏡的展開及成像方向的判斷習 題: 棱鏡成像光路第 5 部分 光學系統中成像光束的選擇總學時 （單位：學時 ）:4 講課:4 實驗 :0

11、上機 :01 光闌及其應用 了解光闌在光學系統中的作用；理解光闌的分類；掌握孔徑光闌、視場光闌的特點、作 用以及漸暈的概念。2 遠心光路 了解和理解望遠系統中成像光束的選擇；掌握物方和像方遠心光路的作用，光路結構和 應用。3 景深、場鏡 了解和理解景深的概念和標準；掌握景深的計算方法、場鏡在光路中的作用 重 點 : 孔徑光闌、視場光闌的特點、作用以及漸暈的概念，景深 難 點 : 遠心光路習題 : 景深的計算 第 6 部分 輻射度學和光度學基礎總學時 （單位：學時 ）:6 講課:6 實驗 :0 上機 :01 輻射度學的基本量 了解立體角的意義和它在光度學中的應用；理解人眼的視見函數；掌握輻射度學

12、基本量 的定義，表達式和單位。2 光度學中的基本量 了解和理解輻射度學和光度學的關系；掌握光度學基本量的定義，表達式和單位。3 光學系統中光束的光亮度 了解和理解光照度公式和發(fā)光強度的余弦輻射定律以及全擴散表面； 掌握光學系統中成像光 束光亮度的變化規(guī)律。4 像平面照度 了解和理解照相物鏡像平面的光照度和光圈數；掌握軸上和軸外物點的像平面照度表達式5 人眼的主觀亮度了解和理解人眼的主觀亮度的概念、 決定因素等； 掌握通過望遠鏡觀察物體時主觀亮度的變 化情況。重 點 : 光度學中的基本量難 點 : 光學系統中成像光束光亮度的變化規(guī)律，像平面照度的變化習 題 : 光學系統中成像亮度的變化第 7 部

13、分 光學系統中成像質量的評價方法總學時 （單位：學時 ）:4 講課:4 實驗 :0 上機 :01 光學系統中的像差 了解光學系統的設計過程，光學系統成完善像的條件；理解成像質量的評價方法；掌握 光學系統產生各種像差的原因、度量方法。2 理想光學系統的分辨率 了解和理解理想光學系統衍射分辨率的表達式；掌握各種光學系統分辨率的表示方式。重 點 : 光學系統產生各種像差的原因、度量方法，各種光學系統分辨率的表示方式難 點 : 光學系統產生各種像差的原因、度量方法習 題 : 各種像差的特點，光學系統分辨率第 8 部分 典型光學系統總學時 （單位：學時 ）:6 講課:6 實驗 :0 上機 :01 望遠系統的原理和類型 了解望遠系統物鏡、目鏡的光學性能，主要結構；理解望遠系統各項性能和技術要求之 間的關系；掌握望遠系統的原理，類型和光路