《工程光學》課程教學大綱

PAGEPAGE1工程光學課程教學大綱（EngineeringOptics）學時數(shù)：48其中：實驗學時：0課外學時：0學分數(shù)：3適用專業(yè)：光源與照明一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)《工程光學》是光源與照明專業(yè)學生一門必修的學科基礎(chǔ)課程，它主要講授幾何光學和物理光學方面的基礎(chǔ)理論、基本方法和典型光學系統(tǒng)的實例和應(yīng)用。課程教學所要達到的目的和任務(wù)：1、系統(tǒng)掌握幾何光學的基礎(chǔ)理論，包括基本定律、球面和共軸球面系統(tǒng)理論；理想光學系統(tǒng)理論；平面鏡與棱鏡系統(tǒng)理論和光學系統(tǒng)中光闌的概念。掌握光學系統(tǒng)像差的基本概念、產(chǎn)生原因、危害和校正方法，了解像差的計算。掌握光在一些典型的光學儀器中的傳播、成像特性。了解一些現(xiàn)代光學系統(tǒng)的相關(guān)知識。2、掌握光的電磁理論及光波疊加的相關(guān)知識。掌握光的干涉、衍射、偏振的理論和主要計算。了解傅立葉光學的基本概念和主要理論。3、在較全面的掌握傳統(tǒng)光學和現(xiàn)代光學的基本理論的同時，能緊密結(jié)合工程實際了解其實際應(yīng)用，適應(yīng)現(xiàn)代光源和照明技術(shù)、光電子技術(shù)、光通信技術(shù)等廣泛應(yīng)用的需求。4、在課堂教學、演示實驗和課外作業(yè)等各個教學環(huán)節(jié)中培養(yǎng)學生自學、觀察和獨立思考的能力。加強學生辨證唯物主義觀點，提高學生的科學素質(zhì)和能力。二、課程教學的基本要求（一）理解幾何光學的基本定理和成像的概念；掌握完善成像的條件、光路計算和近軸光學系統(tǒng)以及球面系統(tǒng)成像規(guī)律。（二）了解和掌握理想光學系統(tǒng)的主要參數(shù)、成像關(guān)系和放大率；掌握由多個光組組成的理想光學系統(tǒng)的成像公式和應(yīng)用。（三）了解和掌握平面反射鏡、平行平板、反射棱鏡、折射棱鏡、光楔等平面光學元件的成像特性。（四）理解實際光學系統(tǒng)與理想光學系統(tǒng)中由于成像元件大小對成像光束寬度和成像范圍的影響。以幾種典型系統(tǒng)的簡化模型來分析成像光束的選擇，通過對這些具體系統(tǒng)的分析來掌握合理選擇成像光束的一般原則。（五）了解和掌握放大鏡、顯微鏡、望遠鏡、攝影儀、投影儀等典型光學系統(tǒng)，并分析以上光學系統(tǒng)的成像特性和設(shè)計要求以及組成上述光學系統(tǒng)的物鏡和目鏡的結(jié)構(gòu)形式及主要光學參數(shù)。（六）了解光學系統(tǒng)像質(zhì)評價方法和各自的優(yōu)缺點。了解典型光學系統(tǒng)的像差公差，光學傳遞函數(shù)。（七）掌握照明光學系統(tǒng)的基本組成和均勻照明的實現(xiàn)方法，學習照明光學系統(tǒng)的設(shè)計，了解太陽光能量獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。三、課程的教學內(nèi)容、重點和難點第一章幾何光學基本定律與成像概念§1幾何光學的基本定律§2成像的基本概念與完善成像條件§3光路計算與近軸光學系統(tǒng)§4球面光學成像系統(tǒng)重點：四個基本定律和成像概念，共軸球面系統(tǒng)在近軸條件下的成象。難點：虛物（像），共軸球面系統(tǒng)在近軸條件下的成象。第二章理想光學系統(tǒng)§1理想光學系統(tǒng)與共線成像理論§2理想光學系統(tǒng)的基點與基面§3理想光學系統(tǒng)的物像關(guān)系§4理想光學系統(tǒng)的放大率§5理想光學系統(tǒng)的組合§6透鏡重點：理想光學系統(tǒng)的主要參數(shù)、成像關(guān)系和放大率，理想光學系統(tǒng)的光組組合和透鏡，共軛成像，基點與基面，光焦度。難點：基點與基面、理想光學系統(tǒng)的光組組合。第三章平面與平面系統(tǒng)§1平面鏡成像§2平行平板§3反射棱鏡§4折射棱鏡與光楔§5光學材料重點：平面鏡、反射棱鏡，鏡象及奇偶次原則的概念。難點：鏡象及奇偶次原則的概念。第四章光學系統(tǒng)中的光束限制§1光闌§2照相系統(tǒng)中的光闌§3望遠鏡系統(tǒng)中成像光束的選擇§4顯微鏡系統(tǒng)中的光束限制與分析§5光學系統(tǒng)的景深重點：光闌、景深、瞳和窗的作用及概念，平面上所成的空間像。難點：孔徑光闌、入射光瞳和出射光瞳。第五章典型光學系統(tǒng)§1眼睛及其光學系統(tǒng)§2放大鏡§3顯微鏡系統(tǒng)§4望遠鏡系統(tǒng)§5目鏡§6攝影系統(tǒng)§7投影系統(tǒng)*§8現(xiàn)代光學系統(tǒng)*§9光學系統(tǒng)的外形尺寸計算重點：顯微鏡、望遠鏡成像原理攝影系統(tǒng)的特性參數(shù)，顯微鏡、望遠鏡視角放大率、分辯率。難點：顯微放大系統(tǒng)和望遠系統(tǒng)的光路圖。第六章光學系統(tǒng)的像質(zhì)評價和像差公差§1瑞利(Reyleigh)判斷和中心點亮度§2分辨率*§3點列圖§4光學傳遞函數(shù)評價成像質(zhì)量*§5其他像質(zhì)評價方法§6光學系統(tǒng)的像差公差重點：典型光學系統(tǒng)的像差公差，光學傳遞函數(shù)。難點：光學傳遞函數(shù)。第七章非成像光學系統(tǒng)§1照明光學系統(tǒng)基本組成§2照明光學系統(tǒng)的設(shè)計§3均勻照明的實現(xiàn)§4太陽光能量獲取系統(tǒng)重點：照明光學系統(tǒng)的組成，照明光學系統(tǒng)的設(shè)計。難點：照明光學系統(tǒng)的設(shè)計。四、課程各教學環(huán)節(jié)要求1、本課程以課堂教學為主，在教學過程中，對教學內(nèi)容的體系及先后次序，討論課及自學等教學環(huán)節(jié)的安排及教學方法的使用，均可根據(jù)實際情況確定。2、采用多媒體教學手段為主要形式的課堂教學。3、在教好基礎(chǔ)理論的前提下，適當介紹一些近代光學的新成就，擴大學生的知識面，但這部分內(nèi)容不作過高要求。有“*”的內(nèi)容為自選內(nèi)容，可根據(jù)執(zhí)行情況取舍。五、學時分配章節(jié)主要內(nèi)容各教學環(huán)節(jié)學時分配作業(yè)題量備注講授實驗討論習題課外其它小計一幾何光學基本定律與成像概4154二理想光學系統(tǒng)6286三平面與平面系統(tǒng)6172四光學系統(tǒng)中的光束限制4262五典型光學系統(tǒng)61295六光學系統(tǒng)的像質(zhì)評價和像差公差4152七非成像光學系統(tǒng)41162九總結(jié)、復習22合計36394823六、課程與其它課程的聯(lián)系《高等數(shù)學》、《大學物理》是本課程必須的重要先修課程?！豆こ坦鈱W》與光源與照明專業(yè)的其他課程——《激光原理與技術(shù)》、《氣體放電與光源》等課程有密切的聯(lián)系。七、教材與教學參考書（一）教材郁道銀主編.工程光學基礎(chǔ)教程.北京:機械工業(yè)出版社，2007。（二）參考書[1]郁道銀、談恒英主編.工程光學.北京:機械工業(yè)出版社，2006。[2]李林編.應(yīng)用光學（第四版）.北京:北京理工大學出版社，2010。[2]李湘寧編.工程光學.北京:科學出版社，2005。[3]張鳳林、孫學珠主編.工程光學.天津:天津大學出版社，1988。[4]李林，林家明編.工程光學.北京:北京理工大學出版社，2003。[5]蕭澤新編.工程光學設(shè)計.北京:電子工業(yè)出版社.2003。[6]RichardDitteon著，詹涵菁譯.現(xiàn)代幾何光學.湖南:湖南大學出版社，2004。[7]章志民、沈元華、陳惠芬編.光學（第二版）.北京:高等教育出版社，200