湖北省高等教育自學考試大綱

1、湖北省高等教育自學考試大綱課程名稱：工程光學 課程代碼： 7082第一部分 課程性質與目標一、課程性質與特點本課程是一門專業(yè)基礎課， 系統(tǒng)地介紹了幾何光學的基本定律與成像理 論、理想光學系統(tǒng)、平面光學系統(tǒng)、光學系統(tǒng)中光束限制、光度學與色度學 基礎、光線的光路計算與像差理論、典型光學系統(tǒng)、現(xiàn)代光學系統(tǒng)、光學系 統(tǒng)的像質評價與與像差公差、光的電磁性質光波的疊加與分析、光的干涉、 光的衍射與傅立葉光學、 光的偏振和晶體光學基礎、 光的量子性與激光、 光 纖與波導光學以及近幾年最新發(fā)展的半導體激光和光子學等。 課程特點在于 幾何光學和物理光學、 現(xiàn)代光學方面的基礎理論、 基本方法和典型光學系統(tǒng) 的實例

2、和應用。本課程適合于自學考試光機電一體化專業(yè)、 光信息科學與技術專業(yè)的專 業(yè)基礎課程。二、課程目標與要求通過本課程的學習， 學生能對光學的基本概念、 基本原理和典型系統(tǒng)有 較為深刻的認識， 學生應掌握幾何光學的基本定律與成像理論、 理想光學系 統(tǒng)、 平面光學系統(tǒng)、 光束限制、 像差理論等幾何光學的基本內容以及光的電 磁性質、光波的疊加與分析、光的干涉、衍射、偏振等物理光學的基本內容 以及現(xiàn)代光學中的部分內容。 為學習光學設計、 光信息理論和從事光學研究 打下堅實的基礎。三、與本專業(yè)其他課程的關系本專業(yè)前期課程“高等數(shù)學” 、“大學物理”等是工程光學課程的數(shù) 學基礎和物理基礎； 通過 工程光學

3、課程的學習為本專業(yè)的后期課程激光原理與技術、實用光電技術、信息光學等課程打下良好的基礎。第二部分 考核內容與考核目標第 1 章 幾何光學的基本定律和成像概念 一、學習的目的與要求通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 掌握幾何光學基本定律： 1）光的直線傳播定律 2）光的獨立傳播定律 3） 反射定律和折射定律 （全反射及其應用） 4）光路的可逆性 5）費馬原理 （最 短光程原理） 6）馬呂斯定律。完善成像條件的概念和相關表述能夠應用光學中的符號規(guī)則， 單個折射球面的光線光路計算公式 （近軸、 遠軸）能夠利用單個折射面的成像公式， 包括垂軸放大率 、軸向放大率 、角 放大率丫、

4、拉赫不變量等公式。記憶球面反射鏡成像公式 了解共軸球面系統(tǒng)公式（包括過渡公式、成像放大率公式） 二、考核知識點與考核目標（一）重點識記：幾何光學基本定律。理解： 完善成像條件的概念和相關表述。應用： 應用光學中的符號規(guī)則。（二）次重點識記： 單個折射面的成像公式，包括垂軸放大率 、軸向放大率 、角 放大率丫、拉赫不變量等公式。理解：單個折射球面的光線光路計算公式（近軸、遠軸） 。 應用：球面反射鏡成像公式。（三）、一般 識記：光波與光線理解：費馬原理、馬呂斯定律。 應用：共軸球面系統(tǒng)公式（包括過渡公式、成像放大率公式） 。第 2 章 理想光學系統(tǒng)一、學習的目的與要求通過本章的學習，應該掌握的知

5、識層次和所要達到的能力要求： 了解并掌握共軸理想光學系統(tǒng)的成像性質。 理解無限遠的軸上（外）物點的共軛像點及光線、無限遠的軸上（外）像點的對應物點及光線的性質，物（像）方焦距的計算公式。 應用并了解物方主平面與像方主平面的性質，光學系統(tǒng)的節(jié)點及性質。 掌握圖解法求像的方法。掌握解析法求像方法（牛頓公式、高斯公式） 。 一般了解由多個光組組成的理想光學系統(tǒng)的成像公式。 掌握并能夠應用理想光學系統(tǒng)的放大率概念及公式， 理想光學系統(tǒng)兩焦 距之間的關系，理想光學系統(tǒng)的組合公式和正切計算法。 二、考核知識點與考核目標（一）重點 識記：共軸理想光學系統(tǒng)的成像性質 理解：理想光學系統(tǒng)的放大率概念及公式 應用

6、：圖解法求像的方法（二）次重點識記：物方主平面與像方主平面的性質 理解：理想光學系統(tǒng)兩焦距之間的關系 應用： 解析法求像方法（牛頓公式、高斯公式）（三）一般 識記：光學系統(tǒng)的節(jié)點及性質，一般了解透鏡內容 理解：理想光學系統(tǒng)的組合公式和正切計算法 應用： 由多個光組組成的理想光學系統(tǒng)的成像公式第 3 章 平面與平面系統(tǒng)一、 學習的目的與要求通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 了解平面光學元件的種類和作用。掌握并理解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。能掌握并熟練應用平行平板的成像特性，近軸區(qū)內的軸向位移公式。了解反射棱鏡的種類、基本用途、成像

7、方向判別、等效作用與展開。熟練掌握折射棱鏡的作用， 其最小偏向角公式及應用， 光楔的偏向角公 式及其應用。了解棱鏡色散、色散曲線、白光光譜的概念。一般了解常用的光學材料種類和特點。二、考核知識點與考核目標（一）重點識記：平面鏡的成像特點和性質，平面光學元件的種類和作用理解：平行平板的成像特性，近軸區(qū)內的軸向位移公式應用： 最小偏向角公式及應用二）次重點識記： 平面鏡的旋轉特性， 反射棱鏡的種類、 基本用途、 成像方向判別、 等效作用與展開理解：光學杠桿原理和應用 應用：光楔的偏向角公式及其應用三）一般 識記：棱鏡色散、色散曲線、白光光譜的概念 理解：折射棱鏡的作用應用：常用的光學材料種類和特點

8、第 4 章 光學系統(tǒng)中的光束限制、 學習的目的與要求通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求：深刻理解孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義及它們的關系。 掌握視場光闌、入窗、出窗、視場角的定義及它們的關系。記憶并一般理解漸暈、 漸暈光闌、 漸暈系數(shù)的定義及漸暈光闌和視場光 闌的關系。了解照相系統(tǒng)的基本結構、成像關系和光束限制。了解望遠系統(tǒng)的基本結構、成像關系和光束限制。了解顯微系統(tǒng)的基本結構、成像關系和光束限制。 一般了解景深、遠景景深、近景景深的概念，景深公式和影響因素。、考核知識點與考核目標（一）重點識記：孔徑光闌、入瞳、出瞳、孔徑角的定義及它們的關系理解：景深應用：照相系統(tǒng)的

9、基本結構、成像關系和光束限制二）次重點識記：視場光闌、入窗、出窗、視場角的定義及它們的關系 理解：近景景深、遠景景深 應用：望遠系統(tǒng)的基本結構、成像關系和光束限制三）一般識記： 漸暈、 漸暈光闌、 漸暈系數(shù)的定義及漸暈光闌和視場光闌的關系 理解：景深公式和影響因素 應用：顯微系統(tǒng)的基本結構、成像關系和光束限制第 5章 光度學和色度學基礎、 學習的目的與要求通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 了解光度學和色度學的基本概念及其輻射量和光學量的單位。 理解并熟練掌握光在傳播過程中光學量的變化規(guī)律。 理解并能應用成像系統(tǒng)像面的光照度問題、 顏色的分類及顏色的表觀特 征、顏色的匹配

10、。一般了解色度學的幾個概念、 顏色混合方法、 顏色相加原理及光源色和 物體色的三刺激值、均勻顏色空間及色差公式。二、考核知識點與考核目標（一）重點 識記：光度學和色度學的基本概念 理解：成像系統(tǒng)像面的光照度 應用：光在傳播過程中光學量的變化規(guī)律（二）次重點 識記：輻射量和光學量單位 理解：輻射量和光學量單位相互間的關系應用 應用：光通過光學系統(tǒng)時的能量損失（三）一般 識記：顏色的分類、顏色的表觀特征、顏色的匹配 理解：顏色相加原理 應用：顏色混合方法第 6 章 光線的光路計算及像差理論、 學習的目的與要求 通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 了解像差的定義、種類和消像差的

11、基本原則。理解并掌握單個折射球面的不暈點 （齊明點） 的概念和性質， 求解方法。 深刻理解 7 種幾何像差的定義、影響因素、性質和消像差方法。 一般了解波像差的定義及其與幾何像差的關系。、考核知識點與考核目標一）重點識記：像差的定義、種類理解： 7 種幾何像差的定義、影響因素、性質和消像差方法 應用：消像差的基本原則二）次重點 識記：單個折射球面的不暈點（齊明點）的概念和性質，求解方法 理解：波像差的定義及其與幾何像差的關系 應用：子午面內的光線光路計算三）一般識記：畸變理解：色差、像散、場曲的定義應用：沿軸外點主光線束細光線束的光路計算第 7章 典型光學系統(tǒng)一、 學習的目的與要求 通過本章的

12、學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 了解并掌握正常眼、 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(jié)能力的計算。掌握視覺放大率的概念、 表達式及其意義， 與光學系統(tǒng)角放大率的異同 點。理解放大鏡的視覺放大率。 能夠熟練應用顯微鏡系統(tǒng)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）線視場公式 4）數(shù)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(jié)。了解望遠系統(tǒng)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。二、考

13、核知識點與考核目標（一）重點識記： 視覺放大率的概念、 表達式及其意義， 與光學系統(tǒng)角放大率的異 同點理解：顯微鏡和望遠鏡系統(tǒng)組成、成像關系、光束限制；線視場公式 應用：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(jié)能力的計算。（二）次重點 識記：顯微鏡系統(tǒng)的概念和計算公式 理解：視覺放大率公式，數(shù)值孔徑和出瞳D， 物鏡的分辨率應用：視度調節(jié)、物鏡的景深，顯微鏡的有效放大率（三）一般 識記：放大鏡的視覺放大率，了解目鏡、攝影系統(tǒng)、投影系統(tǒng)，光學系 統(tǒng)的外形尺寸計算內容理解：望遠系統(tǒng)的概念和計算公式，分辨率與視覺放大率的關系 應用：有效分辨率和工作分辨率第 8 章 現(xiàn)代光學系

14、統(tǒng) 一、 學習的目的與要求 通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 了解現(xiàn)代光學的基本內涵， 包括： 激光光學系統(tǒng)、 傅立葉變換光學系統(tǒng)、 掃描光學系統(tǒng)、光纖光學系統(tǒng)、光電光學系統(tǒng)。理解上述現(xiàn)代光學系統(tǒng)中光的光的傳輸特性和成像機理。 二、考核知識點與考核目標（一）重點 識記：高斯光束的特性、光導纖維傳輸光信號的原理 理解： 高斯光束的傳播、 階躍型光纖光學系統(tǒng)、 梯度折射率光纖光學系 統(tǒng)應用：高斯光束的透鏡變換、自聚焦透鏡特性及應用、數(shù)值孔徑（二）次重點識記：掃描光學系統(tǒng)的組成、光電光學系統(tǒng)的組成 理解：掃描物鏡、光電檢測系統(tǒng) 應用：階躍光纖傳光、傳像特性，紅外夜視光學系統(tǒng)（

15、三）一般 識記：傅立葉變換光學系統(tǒng)結構 理解：傅立葉變換光學物鏡的設計要求 應用：光學透鏡的傅立葉變換特性應用第 9 章 光學系統(tǒng)的像質評價和像差公差一、 學習的目的與要求 通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 了解光學系統(tǒng)像質評價方法和各自的優(yōu)缺點。 能夠應用 MTF 曲線和其下面積判斷光學系統(tǒng)的成像質量的方法和基本 原理。一般了解望遠物鏡、 顯微物鏡、 望遠目鏡、 顯微目鏡和照相物鏡的像值 評價要求和校像差要求。二、考核知識點與考核目標（一）重點 識記：瑞利判斷 理解：光學系統(tǒng)像質評價方法 應用：用 MTF 曲線判斷光學系統(tǒng)的成像質量的方法和基本原理（二）次重點 識記：

16、中心點亮度 理解：光學系統(tǒng)像質評價各自的優(yōu)缺點應用：用 MTF 曲線的積分值判斷光學系統(tǒng)的成像質量的方法和基本原 理（三）一般識記：像差公差理解：點陣圖 應用：一般了解望遠物鏡、顯微物鏡、望遠目鏡、顯微目鏡和照相物鏡 的像值評價要求和校像差要求。第 1 1 章 光的電磁理論基礎一、學習的目的與要求 通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 理解麥克斯韋方程組、物質方程、波動方程。 掌握電磁波的平面波解，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。記憶球面波和柱面波的定義、方程表達式。 掌握并能分析光在電介質分界面的反射和折射。能夠熟練掌握波的疊加原理及

17、4 種情況下兩列波的疊加結果、性質分 析。一般了解相速度和群速度概念。二、考核知識點與考核目標（一）重點 識記：麥克斯韋方程組、物質方程、波動方程 理解：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 等應用：電磁波的平面波解（二）次重點 識記：菲涅爾公式，反射比，透射比 理解：波的疊加原理及 4 種情況下兩列波的疊加結果、性質分析 應用：光在電介質分界面的反射和折射（三）一般 識記：球面波和柱面波的定義、方程表達式 理解：相速度和群速度概念，光波的傅立葉分析 應用：光波的輻射和輻射能第 1 2 章 光的干涉和干涉系統(tǒng)、 學習的目的與要求 通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到

18、的能力要求： 了解干涉現(xiàn)象和形成干涉的條件。掌握楊氏雙縫干涉性質、裝置、公式、條紋特點及其現(xiàn)象的應用。 掌握條紋可見度的定義、 影響因素及其相關概念 （包括臨界寬度和允許 寬度、空間相干性和時間相干性、相干長度和相干時間等） 。掌握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。了解并能掌握楔形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。了解典型雙光束干涉系統(tǒng)及其應用。 二、考核知識點與考核目標（一）重點 識記：干涉現(xiàn)象和形成干涉的條件 理解：楊氏雙縫干涉性質、裝置、公式、條紋特點 應用：楊氏雙縫干涉現(xiàn)象的應用（二）次重點 識記：條紋可見度的定義、影

19、響因素及其相關概念 理解： 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 算公式應用：典型雙光束干涉系統(tǒng)及其應用、相干長度和相干時間（三）一般 識記：空間相干性和時間相干性 理解： 楔形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。應用：干涉條紋的臨界寬度和允許寬度第 1 3 章 光的衍射一、 學習的目的與要求 通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 了解衍射現(xiàn)象、衍射系統(tǒng)和分類。 掌握惠更斯原理和夫瑯和費衍射公式。 熟練應用矩孔、單縫夫瑯和費衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析。 掌握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

20、像系統(tǒng) 的分辨本領。了解多縫夫瑯和費衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析。 掌握衍射光柵的方程、特性和種類。二、考核知識點與考核目標（一）重點 識記：衍射現(xiàn)象、衍射系統(tǒng)和分類理解：惠更斯原理和夫瑯和費衍射公式應用： 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（二）次重點 識記：衍射光柵的方程、特性和種類 理解： 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(tǒng)的分辨本領 應用：多縫夫瑯和費衍射的光強分布公式和衍射條紋性質分析（三）一般識記：菲涅爾衍射 理解：菲涅爾波帶法及圓孔、圓屏菲涅爾衍射 應用：菲涅爾透鏡第 1 5 章 光的偏振和晶體光學基礎一、學習的目的與要求

21、通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 理解自然光、 偏振光和部分偏振光的定義、 特點，偏振度的定義和計算， 能夠產生偏振光的方法。掌握菲涅爾公式、布儒斯特定律和馬呂斯定律。 了解晶體光學的基本概念（光軸、主平面、主截面、單軸多軸晶體、正 負晶體）。掌握各種起偏器、分束器和波片的結構、作用和工作原理。 了解偏振光的矩陣表示。掌握偏振光的變換和測定。 熟練應用偏振光的干涉原理、裝置、公式、光強分布特性。二、考核知識點與考核目標（一）重點 識記：自然光、偏振光和部分偏振光的定義、特點，產生偏振光的方法 理解：偏振度的計算 應用：菲涅爾公式、布儒斯特定律和馬呂斯定律（二）次重點 識

22、記：偏振度的定義 理解：各種起偏器、分束器和波片的結構、作用和工作原理 應用： 偏振光的干涉原理、裝置、公式、光強分布特性（三）一般 識記：晶體光學的基本概念（光軸、主平面、主截面、單軸多軸晶體、 正負晶體）理解：偏振光的矩陣表示應用：偏振光的變換和測定第 16 章 導波光學基礎 （本章所有內容僅作一般了解） 一、 學習的目的與要求 通過本章的學習，應該掌握的知識層次和所要達到的能力要求： 了解導波光學研究的范疇和理論基礎、導波光學的應用。 掌握光在光導纖維中傳播時的特性，包括：光纖的傳播損耗與色散、射 線理論、模式理論。掌握光在平板光波導中的傳播特性，包括：平板光波導的射線理論、平 板波導中

23、的場分布、耦合模理。一般了解光纖的結構與類型、光纖的結構參數(shù)。 二、考核知識點與考核目標（一）重點 識記：導波光學研究的范疇和理論基礎 理解：光纖的傳播損耗與色散、射線理論、模式理論 應用：光在光纖中傳播的理論分析（二）次重點 識記：導波光學的應用 理解：平板光波導的射線理論、平板波導中的場分布、耦合模理 應用：光在平板光波導中的傳播的理論分析（三）一般 識記：光纖的結構與類型、光纖的結構參數(shù) 理解：光纖通信、光纖傳感 應用：導波光學的應用*注：教材的第 10、 14、 17 章不作為自學考試內容工程光學 實驗大綱課程代碼： 7082 課程名稱：工程光學 實驗總學時數(shù)：18 適用專業(yè)：光機電一

24、體化專業(yè)、光信息科學與技術專業(yè)一、實驗教學的目的和要求工程光學是本專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，通過下述實驗使學生能夠很好掌握課堂教學內容， 將理論和實際結合起來， 同時提高動手能力。二、實驗項目名稱和學時分配序號實驗項目名稱學時 數(shù)必/選開1幾何光學成像實驗6必2光的干涉和衍射6必3光的偏振6必三、單項實驗的內容和要求實驗一：在光具座上完成幾何光學成像實驗，使學生對像的正倒、虛實、放大、縮小等成像概念有更深的了解。每組4人。實驗二：利用干涉儀和衍射儀觀察光的干涉和衍射現(xiàn)象及規(guī)律，使 學生對如何運用光的干涉和衍射實現(xiàn)精密測量有更深的 了解。每組4人。實驗三：利用偏振儀觀察光的偏振現(xiàn)象及規(guī)律，使學生

25、對偏振光的概念有更深的了解。每組 4人。四、課程特色本課程實驗的設計注重將光學規(guī)律和現(xiàn)象與精密測試結合起來，加深了學生對理論知識及應用的理解。五、使用教材及參考書教材：工程光學（第二版）主編：郁道銀 談恒英 出版社：機械 工業(yè)出版社 2004年參考書：1、物理光學與應用光學主編：石順祥出版社：西安電子科技大學出版社2、傅里葉光學主編：卞松玲出版業(yè)：兵器工業(yè)出版社3、近代光學基礎主編：謝建平出版社：中國科技大學出版社第三部分 有關說明與實施要求一、考核的能力層次表述本大綱在考核目標中，按照“識記” 、“理解”、“應用”三個能力層次規(guī) 定其應達到的能力層次要求， 各能力層次為遞進等級關系， 后者必

26、須建立在 前者的基礎上，其含義是：識記：能知道有關名詞、概念、知識的含義，并能正確認識和表達， 是低層次的要求。理解： 在識記的基礎上， 能全面把握基本概念、基本原理、基本方法， 能掌握有關概念、原理、方法的區(qū)別與聯(lián)系，是較高層次的要求。應用： 在理解的基礎上， 能運用基本概念、基本原理、基本方法聯(lián)系 學過的多個知識點分析和解決有關的理論問題和實際問題，是最高層次的 要求。二 、教材1 、指定教材工程光學（第二版）機械工業(yè)出版社，郁道銀，談恒英主編， 20042、參考教材工程光學科學出版社，李湘寧， 2005工程光學天津大學出版社，張鳳林、孫學珠主編， 1988應用光學機械工業(yè)出版社，張以謨，

27、 1988工程光學北京理工大學出版社，李林，林家明， 2003工程光學設計電子工業(yè)出版社，蕭澤新， 2003現(xiàn)代幾何光學湖南大學出版社， Richard Ditteon 著，詹涵菁 譯， 2004三、自學指導方法1、在開始閱讀指定教材某一章之前，先翻閱大綱中有關這一章的考核 知識點及對知識點的能力層次要求和考核目標， 以便在閱讀教材時做到心中 有數(shù)，有的放矢。2、閱讀教材時，要逐段細讀，逐句推敲，集中精力，吃透每一個知識 點，對基本概念必須徹底弄清，對基本方法必須牢固掌握。3、在自學過程中，既要思考問題，也要做好閱讀筆記，把教材中的基 本概念、 原理、方法等加以整理， 這可從中加深對問題的認識

28、、 理解和記憶， 以利于突出重點，并涵蓋整個內容，可以不斷提高自學能力。4、完成書后作業(yè)和適當?shù)妮o導練習是了理解、消化和鞏固所學知識,培養(yǎng)分析問題、解決問題及提高能力的重要環(huán)節(jié)，在做練習之前，應認真閱讀教材，按考核目標所要求的不同層次，掌握教材內容，在練習過程中對所學知識進行合理的回顧與發(fā)揮，注重理論聯(lián)系實際和具體問題具體分析，解題時應注意培養(yǎng)邏輯性， 針對問題圍繞相關知識點進行層次（步驟）分明的論述或推導，明確各層次（步驟）間的邏輯關系。四、對社會助學的要求1、應熟知考試大綱對課程提出的總要求和各章的知識點。2、應掌握各知識點要求達到的能力層次，并深刻理解各知識點的考核 目標。3、輔導時，應以考試大綱為依據(jù)，指定的教材為基礎，不要隨意增刪 內容，以免與大綱脫節(jié)。4、輔導時，應對學習方法進行指導，宜提倡“認真閱讀教材，刻苦鉆 研教材，主動爭取