《工程光学（卓越）》课程教学大纲

《工程光学》教学大纲课程英文名EngineeringOptics课程代码02M0016学分4总学时64理论学时48实验/实践学时16课程类别学科基础课课程性质限选先修课程大学物理、高等数学适用专业测控技术与仪器（卓越光电检测方向）开课学院计量测试工程学院注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位本课程面向测控技术与仪器专业（卓越）本科生，是一门专业基础课。其任务是要求学生系统地掌握工程光学的基本概念、基本理论、基本公式和基本方法，掌握分析和解决工程光学问题的主要方法和原理，掌握光的成像、衍射、干涉和偏振的基本理论与计算，了解工程光学在测控技术和仪器中的应用，为学习光学仪器设计、精密计量测试等打下坚实的基础。（二）课程目标课程通过引入我国光学发展史，挖掘集光学基础知识、光学前沿科学和科学家精神为一体的历史故事，以及结合日常生活中遇到的现象以及高科技中的问题融入基本理论的学习，将社会主义制度和社会主义核心价值观融入课堂，增强学生的民族文化自信和价值观自信，提高学生的专业认同。1.掌握描述工程光学基本概念、理论和方法的基础知识，将其应用于相关的测量与控制中。（1.4）2.利用工程光学基础知识准确描述需要解决的问题，分析复杂工程问题，识别其关键环节。（2.1）3.建立复杂工程问题的物理模型，利用相关仪器进行测量、控制和数据分析与处理。（2.3）二、课程目标达成的途径与方法以课堂教学为主，结合自学、课后作业和实验教学等。1、课堂教学主要讲解与工程光学有关的基本概念、基本理论以及基本分析方法，并将日常生活中遇到的现象以及高科技中的问题等融入基本理论的讲解，以期为学生构建一个工程光学知识的基本框架，使学生们更好地熟悉或掌握工程光学的基本原理，提高学生对工程光学的兴趣、熟悉控制的理论体系、思维方式和研究方法。课堂教学通过相关的图片、动画、视频、软件仿真或者仪器事物等材料，结合板书和PPT，增加教学互动，提高教学效果。2、结合工程光学原理，通过课堂对常用光学习题的讲解，引导学生更好地运用相关知识完成课后作业。3、实验教学过程中，学生通过预习实验报告，温习理论课程的知识点，团队协作地完成实验搭建，分工进行仪器操作，数据记录、过程监控、数据分析等工作，最终达到实验目标；培养学生熟练运用所学知识的能力、收集和提炼信息的能力、团队合作能力、表达能力等。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1.4毕业要求2.1毕业要求2.3课程目标1M课程目标2M课程目标3M注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。四、课程主要内容与基本要求一、几何光学的基本原理理解并掌握几何光学的基本定律，尤其是费马原理，理解完善像条件的概念和相关表述。二、球面和球面系统掌握应用光学中的符号规则、单个折射球面的光线光路计算公式及成像公式；掌握球面反射镜成像公式，共轴球面系统公式；掌握平行平板的成像特性；掌握反射棱镜成像方向判别的方法；理解共轴理想光学系统的成像性质；掌握光学系统的节点及性质；熟练掌握图解法求像的及解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；理解由多个光组组成的理想光学系统的成像公式；掌握理解理想光学系统的组合公式和正切计算法。三、光学系统中的光阑与像差理解并掌握孔径光阑（入瞳、出瞳）、视场光阑（入窗、出窗）、孔径角及视场角的定义及它们的关系；掌握远心光路原理及应用；理解景深的概念；理解像差的定义和种类。四、典型光学仪器的基本原理掌握正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，了解眼睛的分辨本领及立体视觉；掌握视觉放大率的概念、表达式及其意义；掌握显微镜系统的概念和计算公式；掌握望远系统的概念和计算公式。五、物理光学基础掌握电磁波的复数表示形式；掌握菲涅尔公式的运用；理解光矢量、谐振动、波动、光程差、位相和位相差等基本概念；熟练地掌握两个(多个)振动方向相同，及两个振动方向相互垂直，频率相同的振动的各种合成方法，及空间中任一点波的叠加的合振动的振幅表达式。六、光的干涉掌握光的相干条件和获得相干光的方法；理解干涉级、条纹间距、等光程差线(面)、干涉条纹的对比度、相干长度、定位和非定位条纹、等厚条纹和等倾条纹、双光束干涉条纹和多光束干涉等基本概念；掌握干涉光强公式和平板多光束干涉的光强分布关系式和条纹半宽度的计算式。七、光的衍射了解菲涅尔衍射和夫琅和费衍射的判定准则、惠更斯－菲涅尔原理、衍射和干涉的关系、菲涅尔－基尔霍夫衍射公式的物理意义。理解菲涅尔半波带法的原理，及在圆孔、圆盘菲涅尔衍射和菲涅尔波带片上的应用；求解夫琅和费矩孔、单缝、双缝、衍射光栅和圆孔衍射的方法；光学系统的分辨本领夫琅和费双缝衍射中的衍射因素和干涉因素；掌握夫琅和费矩孔、单缝、衍射光栅和圆孔衍射的光强公式和极值条件、中央亮斑的角半径和半宽度；衍射应用于测量小孔直径、细窄缝宽度和细丝直径。八、光的偏振了解光波的横波特性和各种偏振光的定义与特性；理解偏振度、各种产生偏振光的方法、产生双折射的原因、e光和o光的特性、正晶体和负晶体、子波面等概念；掌握惠更斯原理对双折射的解释；各种偏振器件及波片的工作原理；掌握马吕斯定律；各种偏振光、部分偏振光和自然光的检验。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第1章几何光学的基本原理6完成作业习题课程目标1第2章球面和球面系统8完成作业习题课程目标1课程目标2课程目标3第3章光学系统中的光阑与像差6完成作业习题课程目标1第4章典型光学仪器的基本原理4完成作业习题课程目标1课程目标2课程目标3第5章物理光学基础8完成作业习题课程目标1第6章光的干涉6完成作业习题课程目标1课程目标2课程目标3第7章光的衍射6完成作业习题课程目标1课程目标2课程目标3第8章光的偏振4完成作业习题课程目标1六、实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1组合透镜焦距测量3培养学生运用基础知识分析测量原理，进行测量，控制和数据分析的能力完成实验，撰写实验报告验证必做2折射率测量2培养学生运用基础知识分析测量原理，进行测量，控制和数据分析的能力完成实验，撰写实验报告验证必做3视觉放大率测定3培养学生运用基础知识分析测量原理，进行测量，控制和数据分析的能力完成实验，撰写实验报告验证必选4单缝衍射实验4培养学生运用基础知识分析测量原理，进行测量，控制和数据分析的能力完成实验，撰写实验报告验证必做5双缝干涉实验4培养学生运用基础知识分析测量原理，进行测量，控制和数据分析的能力完成实验，撰写实验报告验证必做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。七、考核方式及成绩评定（一）考核方式与评价考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核平时作业、实验报告平时作业登记表、实验报告登记表30%期末考核闭卷卷面成绩70%考核类别考查成绩登记方式百分制（二）课程目标考核环节与达成标准 课程目标教学环节考核环节合格标准课程目标1讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6期末考试B（概念题）实验成绩C课程目标2讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6期末考试B（简答题）实验成绩C课程目标3讲授平时成绩（考勤、作业）A0.6期末考试B（计算题）实验成绩C八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：1.工程光学，郁道银、谈恒英，