《应用光学》教学大纲

1、XX课程教学大纲PAGE 2PAGE 11附件一：理论课程（含实验理论课程）教学大纲基本格式应用光学课程教学大纲课程名称：应用光学课程编码：0230021英文名称：Applied Optics学 时：64其中实验学时：16学 分：3.5开课学期：第五学期适用专业：光电信息工程 测控技术与仪器 信息对抗技术 探测制导与控制工程课程类别：必修课程性质：专业基础课先修课程：高等数学 教 材：工程光学 天津大学 机械工业出版社一、课程性质及任务本课程主要探讨的是几何光学的基本知识，研究的是光的传播和成像规律，典型光学系统的工作原理、光学特性，像差理论的部分内容。它是仪器科学与技术、光电信息工程等专业的

2、必修专业基础课程。通过本课程的学习，能够为其它光学后续课程，诸如：光学测量、光学设计等打下良好的基础，也为学生更好的掌握光学总体设计方法、从事简单的光学系统的设计起到非常重要的作用，通过本课程的学习能够培养学生具有在生产及科研实践中理解、分析及解决问题的能力。二、课程的教学要求（一）几何光学基本定律与成像概念 9学时1几何光学的基本定律掌握：(1)光波与光线的概念，(2)几何光学基本定律,(3)费马原理,(4)马吕斯定律；理解：光的根本属性及其传播规律现象等；了解：了解全反射的特点，并能够利用全反射的特点及规律解释一些常见的现象。2成像的基本概念与完善成像条件掌握：(1)光学系统与成像的概念，

3、(2)完善成像的条件,(3)物像的虚实；了解：完善成像的定义与条件。3光学计算与近轴光学系统掌握： (1)基本概念与符号规则，(2)实际光线的光路计算,(3)近轴光线的光路计算。理解：实际光线与近轴光线在光路计算中的区别及结果的差异。了解：符号规则对所涉及的光学系统的作用；4球面光学成像系统掌握：(1)单个折射面成像，(2)球面反射镜成像，(3)共轴球面系统。理解：(1)垂轴放大率、轴向放大率及角放大率之间的区别与联系，(2)折射面成像与反射面成像之间的联系。了解：如何能够利用相应的公式计算光学系统的物像位置关系及放大率。（二）理想光学系统 7学时1理想光学系统与共线成像理论掌握：理想光学系统

4、与共线成像理论的基本概念。了角：理想光学系统与共线成像理论之间的关系。2理想光学系统的基点与基面掌握：(1)焦点与焦面，(2)主点与主面，(3)物方焦距、像方焦距及二者之间的关系，(4)节点。理解：理想光学系统的基点与基面的特性。3理想光学系统的物像关系掌握：(1)图解法求像，(2)解析法求像，(3)由多个光组组成的理想光学系统的成像。理解：牛顿公式及高斯公式的意义及应用。了解：(1)如何能够利用图解法求解理想光学系统的物像位置关系及放大率，(2)如何能够利用计算法求解理想光学系统的物像位置关系及放大率；4理想光学系统的放大率掌握：(1)轴向放大率，(2)角放大率，(3)用平行光管测定焦距的依

5、据。理解：用平行光管测定焦距的原理方法。5理想光学系统的组合掌握：(1)二个光组的组合分析，(2)多个光组的组合计算，理解：光组组合的计算方法。了解：如何能够利用组合公式进行相应的系统计算。6透镜掌握：(1)透镜的定义及分类，(2)透镜的焦距计算公式，了解 计算透镜的焦距与光焦度的方法（三）平面与平面系统 6学时1平面镜成像掌握：(1)平面镜成像，(2)平面镜旋转，(3)双平面镜成像；理解：(1)平面反射镜的成像特性,(2)光学杠杆的原理。2平行平板掌握：(1)平行平板的成像特性，(2)平行平板的等效光学系统，理解：平行平板的等效作用； 3反射棱镜掌握：(1)反射棱镜的类型, (2)棱镜系统的

6、成像方向判断,(3)反射棱镜的等效作用与展开。理解：棱镜系统的坐标判断原则与展开的方法。了解：能够利用坐标判断原则进行某一复杂系统的像坐标判断。4折射棱镜与光楔掌握：(1)折射棱镜的偏转，(2)光楔及其应用；理解：偏向角及最小偏向角的定义。5光学材料掌握：透射材料的光学特性。 （四）光学系统中的光束限制 6学时1光阑的定义和分类掌握：(1)光阑定义，(2)光阑种类，理解光阑在光学系统中的作用与意义。2孔径光阑掌握：(1)入瞳及出瞳的定义，(2)主光线及相对孔径，理解：入瞳及出瞳的判断方法了解如何能够根据所学的知识判断光学系统的孔径光阑。3视场光阑与渐晕掌握：(1)视场度量的二种方法，(2)入射

7、窗及出射窗，(3)渐晕。理解：(1)入射窗及出射窗的定义及判断方法，(2)渐晕的意义及计算。4典型系统的光束限制掌握：（1）望远系统中的光束限制（2）显微系统中的光束限制（3）照相系统中的光束限制理解： 系统中孔径光阑、视场光阑的判断方法。5光学系统的景深及远心光路掌握：(1)景深的概念，(2)景深的公式及两种不同情况的景深。（3）远心光路的定义及作用理解：产生景深的原因及计算方法。（五）光度学 4学时1辐射量和光学量及其单位掌握：(1)各种辐射量的定义及公式(2)各种光学量的定义及公式。理解：各光学量之间的关系。2光传播过程中光学量的变化规律掌握：(1)点光源在与之相距为r的表面上形成的照度

8、，(2)面光源在与之相距为r的表面上形成的照度，(3)单一介质元光管内光亮度的传递，(4)反射及折射后的光亮度，(5)余弦辐射体。理解：被照明表面的光照度的计算方法。了解各光学量在同一介质中的传播规律。3成像系统像面的光照度掌握：(1)轴上像点的光照度，(2)轴外像点的光照度，(3)光学系统的光能损失。了解：引起光学系统光能损失的原因及光能损失的计算。（六）光线的光路计算及像差理论 6学时1概述掌握：(1)基本概念，(2)像差计算的谱线选择。理解像差产生的原因。2光线的光路计算掌握：(1)了午面内的光线光路计算，(2)沿轴外点主光线细光束的光路计算，了解：光学系统中光路计算的作用和计算的方法。

9、3轴上点球差掌握：(1)球差的定义及表示方法，(2)球差的校正，理解：球差校正的方法及计算。4正弦差和慧差掌握：(1)彗差，(2)正弦差。理解：此两种像差对系统产生的影响及相应的校正方法。5场曲、像散和畸变掌握：(1)像散，(2)场曲。(2)畸变。理解：此三种像差对系统产生的影响及相应的校正方法。6色差掌握：(1)位置色差(2) 倍率色差。理解：(1)此两种像差对系统产生的影响及相应的校正方法。了解色差产生的原因。7光学系统的像质评价与像差公差掌握：瑞利判断斯托列尔准则分辨率法点列图法光学传递函数望远物镜和显微物镜的像差公差了解： 光学系统的各种像质评价方法及其之间的关系（七）典型光学系统及现

10、代光学系统 10学时1眼睛及其光学系统掌握：(1)眼睛的结构，(2)眼睛的调节及校正(3)眼睛的分辨率(4)眼睛的对准精度， (5)双目立体视觉。理解：眼睛的成像特性与系统之间的关系。2放大镜掌握：(1)视觉放大率，(2)光束限制及线视场，了解：视觉放大率的计算方法。3显微镜系统掌握：(1)显微镜系统的视放大率，(2)显微镜的线视场出、出瞳直径及分辨率，(3)显微镜的照明方式及物镜。理解：(1)显微镜系统的原理光路，(2)显微镜系统相应的公式及计算。4望远镜系统掌握：(1)望远系统的视放大率，(2)望远系统的分辨率及工作放大率，(3)望远系统的视场。理解：(1)望远系统的原理光路，(2)望远系

11、统相应的公式及计算。5目镜掌握：(1)目镜的成像特性，(2)目镜的种类。了解：常见目镜的系统构成及成像特性6摄影系统掌握：摄影系统的基本构成原理及相关公式，理解：摄影系统的分辨率定义及公式7投影系统掌握：投影系统的基本构成原理及相关公式，理解：投影系统的分辨率定义及公式课程的重点是第二章、第三章、第六章、第七章，此四章作为重点讲解，第一章、第四章、第五章作为一般讲解。难点是第二、四、六、七章。要求学生不但能够对所涉及和讲解的内容有着很好的理解，同时也能够对一些实际的光学现象进行一定深度和广度的分析解释，并能够进行一些简单的光学系统设计。三、课程学时分配课程内容学时分配一览表：章节（或内容）学

12、时理论实验合计几何光学基本定律及成像的概念9110理想光学系统7 29平面及平面系统66光学系统中的光束限制628光度学基础415光线的光路计算及像差理论628典型光学系统10818合计481664四、课程的实验要求与内容序号实验项目名称实验学时（16学时）实验性质实验一透镜焦距的测定2学时综合型实验二望远系统特性参数的测量2学时基础型实验三显微系统特性参数的测量2学时基础型实验四几何像差的现象及其规律2学时综合型实验五立体判释仪2学时基础型实验六自组望远镜实验2学时设计型实验七自组显微镜实验2学时（选作）设计型实验八验证透镜成像及光线传播规律的实验2学时基础型实验九色度学实验2学时（选作）基

13、础型实验十激光光学系统2学时（选作）演示型实验十一傅里叶光学系统2学时（选作）演示型注：项目性质：演示、验证、综合、设计、创新项目要求：必做、选做选做实验四选一五、考核与成绩评定1、考核方式：闭卷2、考核标准与比例：满分100分，其中卷面80分，平时20分，平时成绩中实验5分，出勤等15分。注：实验考核成绩达不到60%，不允许参加理论考试。六、主要教材、参考书谈恒英，郁道银，工程光学，机械工业出版社，2010王文生，刘冬梅，向阳，刘智颖，苗华，华中科技大学出版社，2011M.玻恩，E.沃耳夫.光学原理.杨葭荪等译.北京：科学出版社，1978 梁铨廷.物理光学.北京：机械工业出版社，1987 钟

14、锡华，赵凯华.光学.北京：北京大学出版社，1984 麦伟麟.光学传递函数及其数理基础.北京:国防工业出版社,1979 喻涛.应用光学.北京:科学出版社.1966 王之江.光学设计理论基础.北京:科学出版社,1965 张以漠.应用光学.北京:机械工业出版社,1988 袁旭沧.应用光学.北京:国防工业出版社,1988 郁道银,谈恒英.工程光学.北京:机械工业出版社,1999 王志坚等.反射棱镜(GB7660-87) .北京:中国标准出版社,1988 张国顺光纤传感技术北京：水利电力出版社1988 李泽民光纤通信北京：科学技术文献出版社1992 华家宁现代光学技术及应用南京：江苏科学技术出版社199

15、4 陈军现代光学及技术杭州：浙江大学出版社1996 苏显渝信息光学成都：四川大学出版社1995 胡鸿章应用光学原理北京：机械工业出版社1993 王成彦译光学解题指导北京：北京大学出版社 李士贤应用光学北京：北京理工大学出版社 赵景员光学学习指导辽宁教育出版社 日内顺平光学概论北京朝仓书社1987 王志坚光学工程基础北京：机械工业出版社2004 钟锡华现代光学基础北京：北京大学出版社2003 鲍培谛光学问题300例四川：四川科学技术出版社2004 A.N.杜德罗夫斯基著,王之江,王宝龙,母国光,秦汝虎,康泉,项敏达译.光学仪器理论 第二卷.北京:科学出版社.1963 光学仪器设计手册编辑组.光学仪器设计手册(上、下册).国防工业出版社.1971 王之江主编,陈杏蒲,陆汉民,顾培森副主编.光学