20121017現(xiàn)代應(yīng)用光學(xué)

1、現(xiàn)代應(yīng)用光學(xué)課程教學(xué)大綱課程代碼： 090231006課程英文名稱： Modern Applied Optics 課程總學(xué)時(shí)： 48 講課： 48 實(shí)驗(yàn)： 0 上機(jī)： 0 適用專業(yè)：光信息科學(xué)與技術(shù) 大綱編寫（修訂）時(shí)間： 2010.7一、大綱使用說明（一）課程的地位及教學(xué)目標(biāo)本課程是光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課， 應(yīng)用光學(xué)作為光學(xué)領(lǐng)域重要的技術(shù) 基礎(chǔ)，使學(xué)生了解和掌握光學(xué)系統(tǒng)成像的基本理論；掌握典型光學(xué)系統(tǒng)的成像原理及設(shè)計(jì)方法， 為學(xué)生今后進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)。（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(xué)習(xí)， 使學(xué)生掌握： 實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)與理

2、想光學(xué)系統(tǒng)的概念、 作用、 二者的關(guān)系， 以及它們的成像原理與計(jì)算方法； 掌握平面光學(xué)元件的成像性質(zhì)與在光學(xué)系統(tǒng)中的作用； 掌握光 闌的作用與對系統(tǒng)光束的限制；了解光度學(xué)的基本概念及掌握光學(xué)系統(tǒng)光能的傳遞與計(jì)算方法； 掌握典型系統(tǒng)的成像原理及各性能參數(shù)之間的關(guān)系。2、能力方面的基本要求：通過本科程的學(xué)習(xí)， 培養(yǎng)學(xué)生： 用幾何光學(xué)的觀點(diǎn)、 理論和方法分析光學(xué)系統(tǒng)或光學(xué)儀器的 成像性質(zhì)，掌握光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法，了解常用光學(xué)儀器的性能和應(yīng)用。3、技能方面的基本要求：通過本課程的學(xué)習(xí)， 使學(xué)生達(dá)到能根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求， 確定光學(xué)系統(tǒng)的外形尺寸、 位置等參數(shù)。（三）實(shí)施說明 這個(gè)教學(xué)大綱是

3、根據(jù)光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)科內(nèi)容要求而編寫的 , 在執(zhí)行本大綱 時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1. 嚴(yán)格執(zhí)行教學(xué)大綱。2. 注意本課程與先修課的系統(tǒng)性，及其本身的實(shí)用性、前瞻性；3. 教師在授課中可根據(jù)實(shí)際情況安排各部分的選學(xué)和必學(xué)部分。（四）對先修課的要求本課的先修課程：高等數(shù)學(xué) , 普通物理（五）對習(xí)題課、實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求 各章內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)束后，根據(jù)教材內(nèi)容選擇習(xí)題，布置習(xí)題作業(yè)，根據(jù)習(xí)題的完成質(zhì)量，隨堂 講解各章重點(diǎn)習(xí)題，期末總復(fù)習(xí)全面講解。（六）課程考核方式1 考核方式：考試2 考核目標(biāo)： 在考核學(xué)生應(yīng)用光學(xué)基礎(chǔ)理論和方法的基礎(chǔ)上， 重點(diǎn)考核解決實(shí)際問題能力。3 成績構(gòu)成： 本課程的總成績主要

4、由三部分組成： 平時(shí)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(shí)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(yīng)用光學(xué)安連生編，北京理工大學(xué)出版社，2002 年2 、應(yīng)用光學(xué) ，張以謨編，電子工業(yè)出版社， 2008 年3 、工程光學(xué)，郁道銀編，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年二、中文摘要該課程是“光信息科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)本科生的專業(yè)必修課。應(yīng)用光學(xué)是光學(xué)工程領(lǐng)域的重要 技術(shù)基礎(chǔ)。它有助于學(xué)生理解和掌握光學(xué)成像系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。為學(xué)生將來在光學(xué)工程和光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面打下良好的基礎(chǔ)。三、課程學(xué)時(shí)分配表序號章節(jié)名稱學(xué)時(shí)講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)1幾何光學(xué)

5、的基本原理44001.1幾何光學(xué)的基本定律21.2費(fèi)馬原理和馬呂斯定律11.3光學(xué)系統(tǒng)成像的概念，光學(xué)材料12共軸球面系統(tǒng)的成像關(guān)系1212002.1符號規(guī)則12.2單個(gè)球面的光路計(jì)算公式12.3近軸光學(xué)的基本公式和意義12.4理想光學(xué)系統(tǒng)的基點(diǎn)12.5理想光學(xué)系統(tǒng)的物像關(guān)系42.6光學(xué)系統(tǒng)的放大率12.7光學(xué)系統(tǒng)的組合22.8單透鏡基點(diǎn)的計(jì)算公式13眼睛和目視光學(xué)儀器44003.1人眼的光學(xué)特性23.2目視光學(xué)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(tǒng)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(zhì)14.5折射棱鏡和光楔15光學(xué)

6、系統(tǒng)中成像光束的選擇44005.1光闌及其應(yīng)用15.2遠(yuǎn)心光路15.3景深，場鏡26輻射度學(xué)和光度學(xué)基礎(chǔ)66006.1輻射度學(xué)的基本量26.2光度學(xué)中的基本量16.3光學(xué)系統(tǒng)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(xué)系統(tǒng)中成像質(zhì)量的評價(jià)方法44007.1光學(xué)系統(tǒng)中的像差27.2理想光學(xué)系統(tǒng)的分辨率28典型光學(xué)系統(tǒng)66008.1望遠(yuǎn)系統(tǒng)的原理和類型28.2顯微系統(tǒng)的工作原理28.3光學(xué)系統(tǒng)外形尺寸的計(jì)算29期末總結(jié)2200合計(jì)4848四、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第1部分幾何光學(xué)的基本原理總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）:4 講課:4 實(shí)驗(yàn):0上機(jī):01幾何光學(xué)的基本原理了解光線和光波；理解幾何

7、光學(xué)的研究方法；掌握幾何光學(xué)的基本定律。2費(fèi)馬原理和馬呂斯定律了解基本定律、費(fèi)馬原理和馬呂斯定律之間的關(guān)系；掌握費(fèi)馬原理和馬呂斯定律3光學(xué)系統(tǒng)成像的概念，光學(xué)材料 了解和理解光學(xué)材料的特性；掌握成像的基本概念。重點(diǎn):幾何光學(xué)的基本原理難 點(diǎn)：基本定律、費(fèi)馬原理和馬呂斯定律之間的關(guān)系習(xí) 題：幾何光學(xué)的基本原理等第2部分 共軸球面系統(tǒng)的成像關(guān)系總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）:12 講課:12 實(shí)驗(yàn):0上機(jī):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(gè)球面的光路計(jì)算公式了解單個(gè)折射球面光路計(jì)算方法；理解球面反射鏡的成像關(guān)系；掌握理想成像條件3近軸光學(xué)的基本公式和意義 了解和理解近軸光學(xué)成像的

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

9、驗(yàn) :0 上機(jī) :01 人眼的光學(xué)特性 了解人眼的構(gòu)造；理解人眼的調(diào)節(jié)；掌握人眼的光學(xué)特性，缺陷和矯正。2 目視光學(xué)儀器的工作原理 了解目視光學(xué)儀器的視度調(diào)節(jié)；掌握目視光學(xué)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(chǎn)生空間深度感覺的原因；理解雙眼立體感覺；掌握雙目光學(xué)儀器的光學(xué)特性。重 點(diǎn) : 人眼的光學(xué)特性難 點(diǎn) : 空間深度感覺和雙眼立體感覺習(xí) 題 : 人眼成像光路第 4 部分 平面鏡棱鏡系統(tǒng)總學(xué)時(shí) （單位：學(xué)時(shí) ）:6 講課:6 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :01 平面反射鏡了解平面反射鏡在光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)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(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)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(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)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(zhì) 了解和理解平行平板對光學(xué)系統(tǒng)成像的影響；掌握平行平板的成像性質(zhì)，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(xué)特性和應(yīng)用。重 點(diǎn) : 平行平板的成像特性難 點(diǎn) : 棱鏡的展開及成像方向的判斷習(xí) 題: 棱鏡成像光路第 5 部分 光學(xué)系統(tǒng)中成像光束的選擇總學(xué)時(shí) （單位：學(xué)時(shí) ）:4 講課:4 實(shí)驗(yàn) :0

11、上機(jī) :01 光闌及其應(yīng)用 了解光闌在光學(xué)系統(tǒng)中的作用；理解光闌的分類；掌握孔徑光闌、視場光闌的特點(diǎn)、作 用以及漸暈的概念。2 遠(yuǎn)心光路 了解和理解望遠(yuǎn)系統(tǒng)中成像光束的選擇；掌握物方和像方遠(yuǎn)心光路的作用，光路結(jié)構(gòu)和 應(yīng)用。3 景深、場鏡 了解和理解景深的概念和標(biāo)準(zhǔn)；掌握景深的計(jì)算方法、場鏡在光路中的作用 重 點(diǎn) : 孔徑光闌、視場光闌的特點(diǎn)、作用以及漸暈的概念，景深 難 點(diǎn) : 遠(yuǎn)心光路習(xí)題 : 景深的計(jì)算 第 6 部分 輻射度學(xué)和光度學(xué)基礎(chǔ)總學(xué)時(shí) （單位：學(xué)時(shí) ）:6 講課:6 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :01 輻射度學(xué)的基本量 了解立體角的意義和它在光度學(xué)中的應(yīng)用；理解人眼的視見函數(shù)；掌握輻射度學(xué)

12、基本量 的定義，表達(dá)式和單位。2 光度學(xué)中的基本量 了解和理解輻射度學(xué)和光度學(xué)的關(guān)系；掌握光度學(xué)基本量的定義，表達(dá)式和單位。3 光學(xué)系統(tǒng)中光束的光亮度 了解和理解光照度公式和發(fā)光強(qiáng)度的余弦輻射定律以及全擴(kuò)散表面； 掌握光學(xué)系統(tǒng)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(shù)；掌握軸上和軸外物點(diǎn)的像平面照度表達(dá)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(yuǎn)鏡觀察物體時(shí)主觀亮度的變 化情況。重 點(diǎn) : 光度學(xué)中的基本量難 點(diǎn) : 光學(xué)系統(tǒng)中成像光束光亮度的變化規(guī)律，像平面照度的變化習(xí) 題 : 光學(xué)系統(tǒng)中成像亮度的變化第 7 部

13、分 光學(xué)系統(tǒng)中成像質(zhì)量的評價(jià)方法總學(xué)時(shí) （單位：學(xué)時(shí) ）:4 講課:4 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :01 光學(xué)系統(tǒng)中的像差 了解光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，光學(xué)系統(tǒng)成完善像的條件；理解成像質(zhì)量的評價(jià)方法；掌握 光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生各種像差的原因、度量方法。2 理想光學(xué)系統(tǒng)的分辨率 了解和理解理想光學(xué)系統(tǒng)衍射分辨率的表達(dá)式；掌握各種光學(xué)系統(tǒng)分辨率的表示方式。重 點(diǎn) : 光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生各種像差的原因、度量方法，各種光學(xué)系統(tǒng)分辨率的表示方式難 點(diǎn) : 光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生各種像差的原因、度量方法習(xí) 題 : 各種像差的特點(diǎn)，光學(xué)系統(tǒng)分辨率第 8 部分 典型光學(xué)系統(tǒng)總學(xué)時(shí) （單位：學(xué)時(shí) ）:6 講課:6 實(shí)驗(yàn) :0 上機(jī) :01 望遠(yuǎn)系統(tǒng)的原理和類型 了解望遠(yuǎn)系統(tǒng)物鏡、目鏡的光學(xué)性能，主要結(jié)構(gòu)；理解望遠(yuǎn)系統(tǒng)各項(xiàng)性能和技術(shù)要求之 間的關(guān)系；掌握望遠(yuǎn)系統(tǒng)的原理，類型和光路