1、工程光學課程教學大綱課程代碼：0807408002課程名稱：工程光學 英文名稱：Engineering Optics學 分：4 總 學 時：64 講課學時：56 實驗學時：8 上機學時：0 課外學時：0 適用對象：光電信息科學與工程專業學生先修課程：大學物理、高等數學學生自主學習時數建議：128一、課程性質、目的和任務 工程光學課程是一門專業基礎課，是光學設計、光電成像技術、光電檢測和光學測量等專業課的先修課程。本課程主要講授幾何光學和物理光學方面的基本理論、基本方法和典型光學系統實例及應用。通過本課程的學習，學生能對光學的基本概念、基本原理和典型系統有較為深刻的認識，為學習光學設計、光信息理

2、論和從事光學研究打下堅實的基礎。二、教學基本要求 1、掌握幾何光學的基本定律與成像理論；2、了解球面光學成像系統的基本知識；3、掌握理想光學系統和平面光學系統的基本理論，了解典型光學系統和現代光學系統的結構；4、理解光學系統的像質評價，光的衍射與傅里葉光學知識；5、掌握光波的特性，了解光的干涉、光的衍射，光扁振和光調制的內容；三、教學內容 第一章 幾何光學基本定律與成像概念1、教學內容（1）幾何光學的基本定律1幾何光學的點、線、面；2幾何光學的基本定律；3費馬原理；（2） 光學系統的物像概念2、重點和難點（1）重點：費馬原理（2）難點：實物、實像、虛物、虛像的概念及分辨第二章 理想光學系統1、

3、教學內容（1）理想光學系統的基本理論（2）理想光學系統的基點與基面1無限遠的軸上物點與像方焦點；2無限遠的軸上像點與物方焦點；3主平面；4光學系統的焦距；5理想光學系統的節點；（3）理想光學系統的物像關系1作圖法求像；2解析法求像；（4）理想光學系統的多光組成像1多光組成像的一般過程；2多光組系統的等效系統；3雙光組組合；4雙光組組合的應用實例；（5）實際光學系統的基點和基面1實際光學系統的基點和基面；2實際光學系統的基點和基面；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：理想光學系統的放大率概念及公式，理想光學系統兩焦距之間的關系，理想光學系統

4、的組合公式和正切計算法第三章 平面與系統1、教學內容（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棱鏡系統成像的物像坐標變化；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平行平板對光纖位移的計算；3平行平板的等效空氣層；4共軸球面系統與平面棱鏡系統的組合；（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，平面鏡的旋轉特性，光學杠桿原理和應用（2）難點：折射棱鏡的作用，其最小偏向角公式及應用，光楔的偏向角公式及其應用第四章光學系統中的光闌和光束限制1、教學內容（1）概述（2）孔徑光闌1孔

5、徑光闌的判斷；2入射光瞳和出射光瞳；（3）視場光闌1視場范圍的計算；2漸暈及其相關計算；3入射窗和出射窗；（4）漸暈光闌與場鏡1漸暈光闌；2場鏡；（5）景深與焦深1景深；2焦深；3遠心光路；2、重點和難點（1）重點：漸暈、漸暈光闌、漸暈系數的定義及漸暈光闌和視場光闌的關系；孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義及它們的關系（2）難點：望遠系統的基本結構、成像關系和光束限制第五章光度學和色度學基礎1、教學內容（1）光度學中輻射量和光學量的定義、單位，光度學基本量的定義和單位，輻射量和光學量的關系（2）光傳播過程中光學量的主要變化規律（3）顏色的基本概念、性質、定律（4）CIE標準色度學系統簡介2、重

6、點和難點（1）重點：光度學中的定義（2）難點：光傳播過程中光學量的主要變化規律第六章光線的光路計算及像差理論1、教學內容（1）相差的定義、種類和消像差的基本原則（2）單個折射球面的不暈點（齊明點）的概念和性質，求解方法（3）7種幾個像差的定義、影響因素、性質和消像差方法（4）波像差的定義及其與幾何像差的關系2、重點和難點（1）重點：像差的定義、種類和消像差的基本原則（2）難點：7種幾何像差的定義、影響因素、性質和消像差方法第七章典型光學系統1、教學內容（1）正常眼、近視眼和遠視眼的定義和特征，校正非正常眼的方法，眼睛調節能力的計算 （2）視覺放大率的概念、表達式及其意義，與光學系統角放大率的異

7、同點 （3）放大鏡的視覺放大率 （4）顯微鏡系統的概念和計算公式，包括：1)組成、成像關系、光束限制 2)視覺放大率公式 3)視場公式 4)數值孔徑和出瞳 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)視度調節： （5）臨界照明和坷拉照明 （6） 望遠系統的概念和計算公式，包括： 1)組成、成像關系、光束限制 2)視覺放大率公式 3)分辨率與視覺放大率的關系 4)有效分辨率和工作分辨率 （7）攝影系統的概念和計算公式，包括： 1)組成、成像關系、光束限制 2)攝影物鏡的3個主要參數及其影響作用 3)分辨率公式 4)光圈的定義及其與孔徑光闌、分辨率、像面照度、景深的關系 5

8、)景深公式及其影響因素 6)攝影物鏡的種類 （8）投影系統的概念和計算公式，包括： 1)系統的基本要求 2)主要光學參數 3)其照明系統的銜接條件 2、重點和難點（1）重點：放大鏡、顯微鏡、望遠鏡、照相機、投影儀的結構及成像（2）難點：光學系統外形尺寸計算、分辯率、變焦距光學系統第八章光的電磁理論基礎1、教學內容（1）光波的特性1麥克斯韋方程組；2物質方程；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頻率相同、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

9、介質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，物理量的關系，電磁波的性質等（2）難點：波的疊加原理及4種情況下兩列波的疊加結果、性質分析第九章光的干涉1、教學內容（1）光的干涉條件和楊氏干涉實驗1光波干涉條件；2楊氏干涉實驗；（2）干涉條紋的可見度1雙光束干涉時干涉條紋的可見度；2光源的非單色性對干涉條紋可見度的影響；3光源的大小對干涉條紋可見度的影響；（3）平板的雙光束干涉1干涉條紋的分類；2等傾干涉；3等厚干涉；（4）平板干涉的應用1邁克爾遜干涉；2泰曼-格

10、林干涉儀和波面干涉技術；3馬赫曾德爾干涉儀；（5）平行平板的多光束干涉及其應用1平行平板的多光束干涉原理；2干涉濾光片；2、重點和難點（1）重點：楊氏雙縫干涉性質、裝置、公式、條紋特點及其現象的應用（2）難點：平行平板的雙光束干涉定域面、干涉裝置、干涉條紋的性質和計算公式第十章光的衍射1、教學內容（1）的標量衍射理論1衍射的基本概念；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）光學成像系統的衍射和分辨本領1望遠鏡的分辨率；2照相物鏡的分辨率；3顯微鏡的分辨率

11、；4雙光組組合的應用實例；（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分布公式和衍射條紋性質分析（2）難點：圓孔夫瑯和費衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析，成像系統的分辨本領第十一章光的偏振1、教學內容（1）偏振光的描述1光波的偏振態；2偏振度；3偏振態的表示法；（2）各向異性介質中光波的傳播特性1晶體的光學各向異性；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偏振器件的數學描述；（4）偏振光的干涉（5）波導光學基礎（6）光的量子性和激光基礎2、重點和難點（1）重點：菲涅爾公式、布儒

12、斯特定律和馬呂斯定律（2）難點：各種起偏器、分束器和波片的結構、作用和工作原理四、實踐環節設計 (一)課內實驗1、透鏡焦距的測量實驗2、光的干涉實驗3、光的衍射實驗4、光的偏振實驗5、基于軟件模擬設計單透鏡、雙透鏡、牛頓望遠鏡等實驗五、課外習題及課程討論 為達到本課程的教學基本要求，課內和課外習題（包括自測題）不應少于20題。六、教學方法與手段 本課程采用板書與多媒體課件結合的方式進行課堂教學。七、各教學環節學時分配 章節（或內容）講課實驗上機習題課討論課自主學習合計幾何光學基本定律與成像概念424理想光學系統68平面與系統44光學系統中的光闌和光束限制44光度學和色度學基礎22光線的光路計算

13、及像差理論426典型光學系統68光的電磁理論基礎66光的干涉628光的衍射626光的偏振4228合 計528464八、學生自主學習要求學生自主學習要求時數不少于128學時。九、考核方式與成績評定1、本課程為考試課程，期末考試為閉卷筆試2、學生的課程總評成績由平時成績（占40%）和期末考試成績（60%）兩部分構成，平時成績包括實驗、作業、出勤、課堂測驗、學習主動性等。十、推薦教材和教學參考書 教 材：工程光學基礎教程，郁道銀編著，機械工業出版社，2007年。參考書：工程光學，張風林編著，天津大學出版社，1988年。物理光學，梁銓廷編著，電子工業出版社，2012年。大綱制訂人：大綱審定人：制訂日期

14、：年 月 日工程光學實驗教學大綱一、教學目標與基本要求1、通過實驗，加深對工程光學基本理論知識的理解，熟練掌握工程光學的基本測試原理、實驗方法、實驗思想、操作技能，實驗結果分析，掌握實際光學系統的設計方法；2、熟悉并掌握常用光學儀器設備的使用方法；3、通過實踐環節，培養學生運用基礎理論知識，分析和解決光學工程中實際問題的能力和創新能力。二、基本理論與實驗技術知識本實驗課程是工程光學理論課程的配套課程，需要學生利用理論課涉及的幾何光學基本定律與成像概念、理想光學系統、平面與平面系統、光束限制、典型光學系統、光的干涉、衍射及、偏振等知識完成相關的實驗項目。通過實驗，使學生初步掌握薄透鏡焦距測量、望

15、遠鏡等典型光學系統、楊氏雙縫干涉、夫瑯禾費衍射及馬呂斯定律有所認識，學會光源的使用、光學系統的搭建，各光學元件間距測量及數據的處理工作。三、實驗方法、特點與基本要求學生在課前認真閱讀實驗教材和有關資料，實驗中，學生應該根據實驗項目的要求選擇光學器件、搭建調平光學系統、觀察到光學影像。光學元件軸向測距應首先該元件的中心，橫向測距應會使用光學測微儀相對測量。認真作好實驗報告，認真分析實驗現象和實驗數據，引出正確結論。四、實驗主要儀器設備分光計、分光鏡、光學平臺、測節器、ZJS型多功能組合光具坐、透鏡、棱鏡、邁克爾遜干涉儀、偏振光實驗系統、激光器、光源、光闌、反射鏡、偏振分光棱鏡等。五、實驗項目的設置與內容提要序號實驗項目內 容 提 要實驗學時實驗類型每組人數實驗要求1透鏡焦距的測量了解光具坐結構，學會調整和使用方法，掌握焦距測量原理和測量要點2設計性2-3必做2光的干涉測量干涉儀調整，觀察牛頓環、等厚、 等傾干涉條紋2驗證性2-3必做3光的衍射測量觀察單縫、雙縫、小孔衍射現象2驗證性2-3必做4光的偏振測量搭建光學實驗系統觀察線偏振光、馬呂斯定律、橢圓偏振光、旋光現象2驗證性2-3必做5仿真模擬基于軟件模擬設計單透鏡、雙透鏡、牛頓望遠鏡等2驗證性2-3選做注：設計實驗