《應(yīng)用光學(xué)》教學(xué)大綱

《應(yīng)用光學(xué)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06140711課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：4學(xué)分學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí)（理論56學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）先修課程：大學(xué)物理、物理光學(xué)、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等后續(xù)課程：光學(xué)系統(tǒng)CAD適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程開課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說(shuō)明《應(yīng)用光學(xué)》是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)本科學(xué)生的一門專業(yè)必修課。本課程注重論述光學(xué)基本原理的同時(shí)，結(jié)合工程實(shí)際，通過本課程的學(xué)習(xí)可較全面掌握光學(xué)基本理論和實(shí)際應(yīng)用技術(shù)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中掌握工程光學(xué)的基本理論、計(jì)算，學(xué)會(huì)分析、設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)；培養(yǎng)學(xué)生在掌握經(jīng)典光學(xué)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)原理及成像特性有更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，為研究開發(fā)光學(xué)測(cè)試儀器打下基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握經(jīng)典的幾何光學(xué)的理論內(nèi)容；掌握典型的光學(xué)系統(tǒng)的基本原理及設(shè)計(jì)方法；了解部分像差理論的基本思想。課程目標(biāo)2：培養(yǎng)學(xué)生掌握理想光學(xué)系統(tǒng)成像的理論、典型光學(xué)儀器成像的基本理論；培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用應(yīng)用光學(xué)的基本理論，為今后從事光學(xué)總體設(shè)計(jì)和光學(xué)系統(tǒng)鏡頭設(shè)計(jì)，打下良好的基礎(chǔ)。課程目標(biāo)3：要讓學(xué)生科學(xué)地認(rèn)識(shí)不斷變化的自然界和社會(huì)，培養(yǎng)他們探索科學(xué)的興趣和勇氣；培養(yǎng)創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神，有社會(huì)責(zé)任感；有良好的心理素質(zhì)，良好的品格和頑強(qiáng)的意志，以便從容地應(yīng)對(duì)未來(lái)社會(huì)的挑戰(zhàn)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《應(yīng)用光學(xué)》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。

表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.2能夠?qū)?shù)理和工程科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)用于對(duì)光電信息相關(guān)復(fù)雜工程問題建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行求解；課程目標(biāo)1：掌握經(jīng)典的幾何光學(xué)的理論內(nèi)容；掌握典型的光學(xué)系統(tǒng)的基本原理及設(shè)計(jì)方法；了解部分像差理論的基本思想。H2.問題分析2.2能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)基本原理，對(duì)光電信息領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行表述。課程目標(biāo)2：培養(yǎng)學(xué)生掌握理想光學(xué)系統(tǒng)成像的理論、典型光學(xué)儀器成像的基本理論；培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用應(yīng)用光學(xué)的基本理論，為今后從事光學(xué)總體設(shè)計(jì)和光學(xué)系統(tǒng)鏡頭設(shè)計(jì)，打下良好的基礎(chǔ)。M4.研究4.2能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)光電信息類器件、電路、功能模塊、控制系統(tǒng)制定實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施。課程目標(biāo)3：要讓學(xué)生科學(xué)地認(rèn)識(shí)不斷變化的自然界和社會(huì)，培養(yǎng)他們探索科學(xué)的興趣和勇氣；培養(yǎng)創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神，有社會(huì)責(zé)任感；有良好的心理素質(zhì)，良好的品格和頑強(qiáng)的意志，以便從容地應(yīng)對(duì)未來(lái)社會(huì)的挑戰(zhàn)。H注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.幾何光學(xué)的基本定律和成像概念1.1幾何光學(xué)的基本定律和原理1.2成像的基本概念與完善成像條件1.3光路計(jì)算與近軸光學(xué)系統(tǒng)1.4球面光學(xué)系統(tǒng)教學(xué)要求：掌握光學(xué)基本定律；理解完善成像條件的概念和相關(guān)表述；掌握幾何光學(xué)的符號(hào)規(guī)則、實(shí)際光線與近軸光線的光路計(jì)算；掌握共軸球面系統(tǒng)的過渡公式以及成像放大率的計(jì)算。重點(diǎn)：光學(xué)基本定律。難點(diǎn)：實(shí)物、實(shí)像、虛物、虛像的概念及分辨。61、22.理想光學(xué)系統(tǒng)2.1理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像理論2.2理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)與基面2.3理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系2.4理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率2.5理想光學(xué)系統(tǒng)的組合2.6透鏡教學(xué)要求：掌握理想光學(xué)系統(tǒng)與共線成像理論的定義、性質(zhì)以及基點(diǎn)、基面的概念；掌握運(yùn)用作圖法和解析法求理想光學(xué)系統(tǒng)的像（物）；理解理想光學(xué)系統(tǒng)放大率的定義及計(jì)算；掌握多光組的正切計(jì)算法、雙光組系統(tǒng)簡(jiǎn)化公式的應(yīng)用。重點(diǎn)：圖解法求像的方法。難點(diǎn)：理想光學(xué)系統(tǒng)的放大率概念及公式。941、23.平面與平面系統(tǒng)3.1平面鏡成像3.2平行平板3.3反射棱鏡3.4折射棱鏡與光楔3.5光學(xué)材料教學(xué)要求：掌握平面鏡的成像原理、旋轉(zhuǎn)特性以及雙面鏡的成像特性；掌握平行平板的成像特性，近軸區(qū)內(nèi)的軸向位移公式；了解反射棱鏡的種類、基本用途、成像方向判別、等效作用與展開；了解折射棱鏡和光楔的特點(diǎn)及應(yīng)用；了解光學(xué)材料的基本特性。重點(diǎn)：平面鏡的成像特點(diǎn)和性質(zhì)、平面鏡的旋轉(zhuǎn)特性、光學(xué)杠桿原理和應(yīng)用。難點(diǎn)：平面鏡的成像特點(diǎn)和性質(zhì)、平面鏡的旋轉(zhuǎn)特性、光學(xué)杠桿原理和應(yīng)用。71、24.光學(xué)系統(tǒng)中的光闌與光束限制4.1光闌4.2照相系統(tǒng)中的光闌4.3望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇4.4顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析4.5光學(xué)系統(tǒng)的景深4.6數(shù)碼照相機(jī)鏡頭的景深教學(xué)要求：掌握孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義及它們的關(guān)系；掌握視場(chǎng)光闌、入窗、出窗、視場(chǎng)角的定義及它們的關(guān)系；掌握漸暈、漸暈光闌、漸暈系數(shù)的定義及漸暈光闌和視場(chǎng)光闌的關(guān)系；了解望遠(yuǎn)、顯微系統(tǒng)光束限制的一般原則，了解遠(yuǎn)心光路和場(chǎng)鏡的意義；理解景深和焦深的概念。重點(diǎn)：孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義及它們的關(guān)系。難點(diǎn):景深、遠(yuǎn)景景深、近景景深的概念。71、25.光線的光路計(jì)算及像差理論5.1概述5.2光線光路計(jì)算5.3軸上點(diǎn)的球差5.4正弦差和彗差5.5場(chǎng)曲和像散5.6畸變5.7色差5.8像差特征曲線與分析5.9波像差教學(xué)要求：理解像差的定義、種類和消像差的基本原則；掌握每一種光線的光路計(jì)算的意義，能夠進(jìn)行第一類光線（子午面內(nèi)的光線）的光路計(jì)算；掌握五種單色像差的概念、性質(zhì)；掌握齊明點(diǎn)以及齊明透鏡的結(jié)構(gòu)和特性；了解等暈成像、不暈成像、等暈成像條件、正弦條件以及正弦差的概念特性；了解各種初級(jí)像差分布系數(shù)之間的關(guān)系，以此分析像差特性。重點(diǎn)：幾何像差的定義、影響因素、性質(zhì)和消像差方法。難點(diǎn):像差的定義、種類和消像差的基本原則。1041、2、36.典型光學(xué)系統(tǒng)6.1眼睛及其光學(xué)系統(tǒng)6.2放大鏡6.3顯微鏡系統(tǒng)6.4望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)6.5目鏡6.6攝影系統(tǒng)6.7投影系統(tǒng)6.8變焦距光學(xué)系統(tǒng)6.9光學(xué)系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算教學(xué)要求：了解人眼結(jié)構(gòu)；掌握眼睛的調(diào)節(jié)及其校正；掌握放大鏡、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡視覺放大率和的分辨率的計(jì)算；了解攝影物鏡、投影物鏡的光學(xué)特性和結(jié)構(gòu)型式；掌握望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的外形尺寸計(jì)算。重點(diǎn)：顯微鏡系統(tǒng)的工作原理及相關(guān)計(jì)算、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的工作原理及相關(guān)計(jì)算。難點(diǎn):放大鏡的視覺放大率。81、27.光學(xué)系統(tǒng)中的像質(zhì)評(píng)價(jià)7.1瑞利判斷與波前圖7.2中心點(diǎn)亮度與能量包容圖7.3分辨率與點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)7.4星點(diǎn)檢測(cè)法與點(diǎn)列圖7.5光學(xué)傳遞函數(shù)評(píng)價(jià)成像質(zhì)量7.6其他像質(zhì)評(píng)價(jià)方法7.7光學(xué)系統(tǒng)的像差公差教學(xué)要求：掌握光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)方法和各自的優(yōu)缺點(diǎn)；了解用MTF曲線和其下面積判斷光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量的方法和基本原理；了解望遠(yuǎn)物鏡、顯微物鏡、望遠(yuǎn)目鏡、顯微目鏡和照相物鏡的像質(zhì)評(píng)價(jià)要求和校正像差要求。重點(diǎn)：光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)方法和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。難點(diǎn):用MTF曲線和其下面積判斷光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量的方法和基本原理。91、2、3合計(jì)568642.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.平行光管的調(diào)整及使用方法實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：掌握平行光管的調(diào)整和使用方法。實(shí)驗(yàn)要求：了解平行光管的結(jié)構(gòu)及工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合，掌握平行光管的調(diào)整方法。21、22.焦距儀測(cè)量薄透鏡焦距實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)會(huì)用平行光管測(cè)量薄透鏡的焦距。實(shí)驗(yàn)要求：了解平行光管的結(jié)構(gòu)及工作原理。掌握平行光管的調(diào)整方法。了解透鏡基本結(jié)構(gòu)和焦距位置，分析透鏡焦距測(cè)量的合理性。學(xué)會(huì)用平行光管測(cè)量薄透鏡的焦距。22、33.光學(xué)系統(tǒng)像差理論的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：觀察各種像差現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)模擬效果圖。實(shí)驗(yàn)要求：掌握各種幾何像差產(chǎn)生的條件及其基本規(guī)律。觀察各種像差現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)模擬效果圖，理解各種單色像差的概念及對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響。21、24.星點(diǎn)法觀測(cè)單色像差實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：掌握星點(diǎn)法測(cè)量成像系統(tǒng)單色像差的原理及方法。實(shí)驗(yàn)要求：了解平行光管的結(jié)構(gòu)及工作原理。了解單色像差的產(chǎn)生原理。掌握星點(diǎn)法測(cè)量成像系統(tǒng)單色像差的原理及方法。22、3合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地幾何光學(xué)的基礎(chǔ)理論，光學(xué)系統(tǒng)像差的基本概念、產(chǎn)生原因、危害和校正方法，了解像差的計(jì)算，并了解一些特殊的光學(xué)系統(tǒng)知識(shí)。理解應(yīng)用光學(xué)的基本方法與設(shè)計(jì)原理，具有進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的初步能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用光學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)際動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.推薦教材：郁道銀等.工程光學(xué)（第四版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2019.3.2.參考書：（1）蔡圣善,朱耘,徐建軍.電動(dòng)力學(xué)（第二版）[M].北京:高等教育出版社,2002.（2）遲澤英,陳文建.應(yīng)用光學(xué)與光學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第一版）[M],南京:東南大學(xué)出版社,2008.（3）李林,林家明,王平.工程光學(xué)（第一版）[M].北京:北京理工出版社,2003.3.期刊：（1）光學(xué)學(xué)報(bào)（ActaOpticaSinica）.中科院上海光機(jī)所,中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì).（2）中國(guó)激光（ChineseJournalofLasers）.中科院上海光機(jī)所,中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì).（3）光電子·激光.天津理工大學(xué),中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì),國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)信息科學(xué)部.（4）光電工程.中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所,中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì).（5）應(yīng)用光學(xué)（JournalofAppliedOptics）.中國(guó)兵器工業(yè)第二〇五研究所,中國(guó)兵工學(xué)會(huì).（6）OpticsLetters.美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì).（7）OpticsExpress.美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì).4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）應(yīng)用光學(xué),/course/BIT-1001606003.（2）應(yīng)用光學(xué),/course/ZJU-1206578811.七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)12（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?52實(shí)驗(yàn)12（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！?2作業(yè)16（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?64期末考核60（1）卷面成績(jī)100分，以卷面成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核幾何光學(xué)的基礎(chǔ)理論，光學(xué)系統(tǒng)像差的基本概念、產(chǎn)生原因、危害和校正方法，了解像差的計(jì)算。掌握七種典型的光學(xué)系統(tǒng)，即眼睛、放大鏡、顯微系統(tǒng)、望遠(yuǎn)系統(tǒng)、目鏡、攝影系統(tǒng)和投影系統(tǒng)，并了解一些特殊的光學(xué)系統(tǒng)知識(shí)。掌握光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)評(píng)價(jià)方法和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。（3）考試題型為：選擇題、填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題和分析計(jì)算題等?！獭獭?52510合計(jì)：100分364816八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末考試等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末試卷成績(jī)和過程性考核成績(jī)組成。其中：期末試卷成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡(jiǎn)答題和分析計(jì)算題等類型，試卷中基本知識(shí)、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)30筆記完整，積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，偶爾參與教學(xué)活動(dòng)。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，不參與教學(xué)活動(dòng)。作業(yè)40作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大