《工程光学》课程实验教学大纲.doc
工程光学本科实验讲义
工程光学实验讲义华南师范大学信息光电子科技学院前言工程光学实验室是光学专业的专业基础实验室。
计划于2012年建成并投入使用，每次可容纳40人进行实验。
对应的实验课程由应用光学实验和物理光学实验两部分组成，是其相应两门理论课程的配套实验室，学生通过实验可获得较完整的光学知识、光学基本理论、基本技能，以进一步学习光信息技术、现代光电子技术的各门课程打下基础。
本实验室主要完成《工程光学》课程的实验环节。
目前，工程光学实验室初步建设完成2个应用光学实验，3个物理光学实验。
应用光学实验包括薄透镜焦距的测量、显微镜和望远镜的特性研究2个实验；物理光学实验包括等厚干涉、多光束等倾干涉（法布里-珀罗干涉仪）、偏振3个基本实验。
带*号的内容为选作实验环节。
2011-12光学实验守则1．请准时进入实验室，保持室内卫生，与实验无关的位物品不准带入实验室。
2．要认真预习实验内容，按老师的要求做好实验预习报告，无预习者不得做实验。
实验后按要求、按时完成实验报告。
3．实验时首先检查所用仪器设备是否齐全完好，了解仪器正确使用方法。
不了解仪器的结构和操作方法时不得动用仪器设备。
4．接通电源时，应注意电源电压，要正确选用仪器所需的相应变压器。
防止损坏仪器及触电的危险。
5．避免直视激光等强光源，眼睛尽量不要停留在与光源平高的位置，以免带来不必要的伤害；6．绝对禁止用手指和不洁物品触摸或擦拭光学零件表面。
7．不得随意动用与本次实验无关的仪器，损坏仪器者要按学校规定赔偿。
8．实验完毕，请整理好仪器设备及室内卫生，经老师检查后方能离开实验室。
实验预习要求1．实验内容：实验目的和老师提出的要求。
2．实验仪器：所使用的仪器和光学物镜。
3．实验原理：实验光路图及公式。
4．实验方法和步骤。
5．实验结果分析。
6．思考题回答。
7．对本实验提出改进意见。
实验报告内容（上交）班级：学号：姓名：1．实际实验光路和步骤简述。
2. 实验数据记录.3．实验结果分析以及结论。
工程光学实验指导书
工程光学实验指导书目录实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧实验二物镜焦距截距的测量实验三光的干涉实验实验四光学物镜参数测试设计性实验实验一光学实验主要仪器、光路调整与技巧一. 引言不论光学系统如何复杂，精密，它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成，因此掌握一些常用的光学元器件的结构和性能，特点和使用方法，对安排试验光路系统时正确的选择光学元器件，正确的使用光学元器件有重要的作用二．实验目的掌握光学专业基本元件的功能；调整光路，主要包括共轴调节、调平行光和针孔滤波。
三．基本原理(一)、光学实验仪器概述:主要含：激光光源，光学元件，观察屏或信息记录介质1. 激光光源;激光器即Laser(L ight Amplification by stimulated emission of radiation)，原意是利用受激辐射实现光的放大．然而实际上的激光器,一般不是放大器,而是振荡器,即利用受激辐射实现光的振荡,或产生相干光。
.960年,梅曼制成了世界上第一台红宝石激光器.现在被广泛用于各个行业激光的特性:(1)高度的相干性(2)光束按高斯分布激光器的分类:(1)气体激光器——He-Ne激光器,Ar离子激光器(2)液体激光器——染料激光器(3)固体激光器———半导体激光器,红宝石激光器本套实验方案的选择的激光器是气体型He-Ne内腔式激光器,波长为632.8nm的红光，功率2mW。
个别实验中还会用到白光点光源。
2、用于光学实验的元件一般包括：防震平台、分束镜、扩束镜、准直镜、反射镜、成像透镜、傅立叶变换透镜、多自由度微调器、可变光栏、观察屏等部件。
如果是全息实验还需要快门、干版架、自动曝光和显定影定时器、记录干版等。
（本实验方案中，扩束镜采用针孔空间滤波器，准直镜、成像透镜、傅立叶变换透镜均采用双凸透镜）⑴防震平台光学实验需要一个稳定的工作平台。
特别是对于全息图制作实验，由于是参考波和物光波干涉条纹的记录，如果在曝光过程中因为振动导致两光波有变化，就要影响干涉条纹的调制度。
天津大学《工程光学》课程教学大纲
天津大学《工程光学》课程教学大纲课程代码：2020015/2020016 课程名称：工程光学学时：64 学分： 4学时分配：授课：52 实验：12（内容及要求见实验教学大纲）授课学院：精仪学院更新时间：2011-6-14适用专业：测控技术与仪器、电子科学与技术、信息工程（光电信息工程方向）、光电子技术科学、生物医学工程先修课程：高等数学、大学物理一．课程性质、教学目的与任务本课程是一门专业基础课，主要讲授几何光学和物理光学方面的基本理论、基本方法和典型光学系统实例及应用。
通过本课程的学习，学生应能对光学的基本概念、基本原理和典型系统有较为深刻的认识，为学习光学设计、光信息理论和从事光学研究打下坚实的基础。
二．教学基本要求任课教师应以本课程大纲为依据，合理安排教学内容，认真备课；课堂教学中应尽可能充分利用多媒体课件、课程网站等现有教学资源，根据实际条件开展不同程度的双语教学实践；课堂教学后，要留一定数量的作业题，并坚持批改，以利掌握学生的学习情况；习题讲解和分析均不占课内学时；要及时与实验指导人员取得联系，安排相应课程实验，课程主讲教师必须全程参加实验指导1个班次。
学生应按要求参加全部的课堂教学活动，按要求完成作业；参加期中、期末考试，获得该课程学分。
通过本课程的学习，学生应掌握或了解以下基本内容：1．系统掌握几何光学的基础理论，包括基本定律、球面和共轴球面系统理论、理想光学系统理论，平面镜与棱镜系统理论和光学系统中光阑的概念。
2．掌握光学系统像差的基本概念、产生原因、危害和校正方法，了解像差的计算。
3．掌握三种典型的光学系统，即：显微系统、望远系统和摄影系统，并了解一些特殊的光学系统知识。
4．掌握光的电磁理论及光波叠加的相关知识。
5．掌握光的干涉、衍射、偏振的理论、计算和典型应用。
三．教学内容绪论1．学习《工程光学》的意义和重要性（光学对国民经济发展的重要作用、光学领域的分支、进展和应用）2．本课程的性质、任务和内容3．学习的基本要求、教学环节和学习方法第一章几何光学基本定律与成像概念1．几何光学基本定律：1）光的直线传播定律2）光的独立传播定律3）反射定律和折射定律（全反射及其应用）4）光路的可逆性5）费马原理（最短光程原理）6）马吕斯定律：2．完善成像条件的概念和相关表述3．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（近轴、远轴）4．单个折射面的成像公式，包括垂轴放大率β、轴向放大率α、角放大率γ、拉赫不变量等公式。
工程光学_教学大纲
2
6典 型光 学系 统(3
学
时)
(1)眼睛及英光学系统
1知道正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征：
2知道眼睛的分辨率计算公式；
0.5
教学目
标6
(2)放大镜
①能够计算放大镜的视觉放大率。
0.5
(3)显微镜系统
1能够计算显微镜系统的视觉放大率；
2能够计算显微镜的线视场：
②能够计算显微镜的出瞳直径。
本课程是测控技术与仪器专业的专业基础课，主要由几何光学和物理光学两部分 组成。几何光学部分主要介绍了几何光学的基本宦律与成像概念、理想光学系统 的光学参数与成像特性、平而与平而镜成像系统、光学系统中的成像光朿限制、 光学系统的光路汁算和像差基本理论、典型光学系统等。物理光学部分主要介绍 了光的电磁性质、光在各向同性介质界而上的传播规律和光波的叠加、光波的干 涉与衍射等。
1知道成像系统的衍射现象：
2能够计算成像系统的分辨率。
1
五、考核要求及考核方式
1.考核要求
（1）课程考核应能够切实考核是否达成各项课程LI标；
（2）考核内容至少覆盖本课程知识点的60%；
（3）同一学期试卷中（A、B）试题重复率不超过20%,近三个学年内的试卷试题重复率不 超过20%；
（4）考核难度：基本难度题目约60%,中等难度题□约30%,高等难度题!_!约10%。
2能够il•算单个反射球面的垂轴放大率、轴向 放大率和角放大率。
1
2理 想光 学系 统(6 学时)
(1)理想光学系统与共线成 像理论
①知道共轴理想光学系统的成像性质。
0.5
教学目
标2
(2)理想光学系统的基点与 基而
1知道焦点和焦平而的含义：
工程光学课程设计
工程光学课程设计
工程光学课程设计旨在为学生提供工程光学学科的基本理论和
实践知识，培养学生的实际能力和解决问题的能力。
第一部分：基础知识
1. 光学基础
介绍光的物理和几何性质，光的干涉、衍射和偏振等基本现象和理论。
2. 光学元件
介绍各种光学元件的原理、特点和使用方法，包括透镜、棱镜、反射镜等。
3. 光学系统
介绍光学系统的设计和分析方法，包括凸透镜成像、反射成像、Abbe成像理论等。
第二部分：应用技术
1. 光学测量技术
介绍使用光学技术进行测量的原理和方法，包括激光测距、干涉测量等。
2. 光学成像技术
介绍使用光学成像技术进行成像的原理和方法，包括数字图像处理、光学显微镜等。
3. 光学通信技术
介绍光学通信的基本原理和技术，包括光纤通信、激光通信等。
第三部分：实验设计
1. 光学元件制作
设计制作凸透镜、反射镜等光学元件，并对其进行测试和分析。
2. 光学成像实验
设计实现光学成像实验，包括使用光学显微镜观察样品、使用数字图像处理技术进行图像分析等。
3. 光学通信实验
设计实现光学通信实验，包括激光通信实验、光纤通信实验等。
通过以上课程设计，学生将掌握工程光学学科的基本理论和实践知识，具备解决实际问题和进行科学研究的能力。
工程光学课程教案设计模板
一、课程基本信息1. 课程名称：工程光学2. 学时安排：共计XX学时，每周XX课时3. 教学对象：XX年级XX专业学生4. 教学目标：（1）使学生掌握工程光学的基本原理和基本概念；（2）培养学生运用光学知识解决实际工程问题的能力；（3）提高学生的创新意识和团队协作能力。
二、教学内容1. 光学基本原理（1）光的传播规律（2）光的反射与折射（3）光的干涉与衍射（4）光的偏振2. 光学仪器（1）光学元件（2）光学系统（3）光学仪器的设计与制造3. 光学在工程中的应用（1）光学成像技术（2）光学检测技术（3）光学传感技术（4）光学信息处理技术4. 课程设计（1）望远镜的组装（2）Zemax：设计一大相对孔径望远镜物镜，像差校正到0三、教学进度安排1. 第一周：光学基本原理2. 第二周：光的传播规律3. 第三周：光的反射与折射4. 第四周：光的干涉与衍射5. 第五周：光的偏振6. 第六周：光学元件7. 第七周：光学系统8. 第八周：光学仪器的设计与制造9. 第九周：光学成像技术10. 第十周：光学检测技术11. 第十一周：光学传感技术12. 第十二周：光学信息处理技术13. 第十三周：课程设计（望远镜的组装）14. 第十四周：课程设计（Zemax：设计一大相对孔径望远镜物镜，像差校正到0）四、教学方法与手段1. 讲授法：系统讲解工程光学的基本原理和基本概念。
2. 案例分析法：结合实际工程案例，引导学生分析光学问题。
3. 实验教学法：通过实验操作，使学生掌握光学仪器的使用方法。
4. 讨论法：组织学生讨论光学在工程中的应用，激发学生的创新意识。
5. 网络教学资源：利用网络资源，拓宽学生的视野。
五、考核方式1. 平时成绩：课堂表现、作业完成情况等，占总成绩的30%。
2. 期中考试：测试学生对工程光学基本原理的掌握程度，占总成绩的30%。
3. 课程设计：评价学生在课程设计中的实际操作能力和创新意识，占总成绩的20%。
《工程光学》教学大纲
工程光学课程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：光电信息科学与工程专业本科课程代码：42E00615学时分配：88=72理论+16实验赋予学分：5先修课程：高等数学、大学物理后续课程：激光原理与技术、光纤通信原理及应用、光电技术、光电测试技术二、课程性质与任务本课程是光电信息科学与工程专业一门重要的专业课程。
本课程的任务是使学生牢固掌握：1 .几何光学的基本规律、成像理论、像差理论和像质评价。
2.典型和实用的光学系统的构造和性能。
3.光波的电磁理论。
4.光波干涉和衍射理论及其应用。
5.晶体光学理论和晶体光学器件。
6.现代光学系统概况。
为进一步学习有关光电子、光通信等方面的专业课程打下良好的理论基础。
三、教学目的与要求设置本课程的目的在于从专业学科的工程要求入手，使学生通过本课程的学习，能够比拟全面的了解和掌握几何光学的基本理论规律、成像理论、像差理论和像质评价，典型光学系统的结构原理和光学特性及其应用；学习掌握光波的电磁理论、光波干涉和衍射理论及其应用、晶体光学理论和晶体光学器件。
从而使学生具备分析和解决在工程技术上常见的光学问题的能力，并通过实验训练为学生后续课程学习及从事光电工程等方面的工作打下良好基础。
四、教学内容与安排（一）理论教学内容与安排绪论（2学时）上篇几何光学与成像理论第一章几何光学的基础（4学时）教学内容：第一节几何光学的基本定律第二节成像的概念：成像系统第三节光路计算与近轴光学系统第四节球面光学成像系统教学要求：1.本章难点在于光路计算；.本章重点在于球面光学成像系统近轴光路计算。
第二章理论光学系统（6学时）教学内容：第一节理论光学系统与共线成像理论第二节理想光学系统基点与基面第三节理论光学系统的物象关系第四节理想光学系统的放大律第五节理想光学系统的组合第六节透镜教学要求：1.本章难点在于理想光学系统物像关系的获得;.本章重点在于理想光学系统成像公式的运用。
第三章平面与平面系统（4学时）教学内容：第一节平面镜成像第二节平行平板第三节反射棱镜第四节折射棱镜与光楔第五节光学材料教学要求：1.本章难点在于平板的等效处理；.本章重点在于平面成像系统的处理。
工程光学实验教材
实验一自组望远镜(测量实验)一、实验目的了解望远镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的方法。
二、实验原理最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。
远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。
而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图五所示。
三、实验仪器1、带有毛玻璃的白炽灯光源S2、毫米尺F L=7mm3、二维调整架：SZ-074、物镜Lo：f o=225mm5、二维调整架：SZ-076、测微目镜Le：（去掉其物镜头的读数显微镜）7、读数显微镜架: SZ-388、滑座：TH709、滑座：TH70Y10、滑座：TH70Y11、滑座：TH7012、白屏：SZ-13四、仪器实物图及原理图图四五、实验步骤1、把全部器件按图四的顺序摆放在导轨上，毫米尺竖直放置，靠拢后目测调至共轴，把标尺放在毫米尺一侧。
2、把F和Le的间距调至最大，沿导轨前后移动Lo，使一只眼睛通过Le看到清晰的完整毫米尺上的刻线。
3、再用另一只眼睛看标尺，读出测微目镜看到的像在标尺上的尺寸。
六、数据处理毫米尺尺寸AB；像在标尺上的尺寸A＂B＂望远镜放大倍率M= A＂B＂/AB七、实验结果：1、数据：毫米尺尺寸AB=2mm;像在标尺上的尺寸A＇＇B＇＇＝101cm所以，望远镜放大倍率M=A＇＇B＇＇／AB=10/2=5倍2、观察到的现象：八、遇到的问题及心得体会：1、开始实验时，由于各个仪器的间距摆放不合理，导致得不到想要的实验结果，最后看了实验册，重新摆放仪器；2、移动透镜的速度过快，使得我们看不到实验现象，也就没法组成望远镜，最后经过老师的指导，我们缓慢移动透镜；3、由于不知道会看到什么样的实验现象，以至于我们看到了微小的现象，以为不是我们想要的实验结果，再次导致没有做出来；4、最终在老师的一再指导下，我们终于自组成功望远镜，且通过观察我们得到规律：凸透镜成像规律：物距大于二倍焦距时成缩小实像。
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北方民族大学教学进度计划表
名称总时
数讲课实验上机习题课程设计周学时考试/考
查
机动
计划时数6454104考试2
本课程教学目的与要求：木课程讲述工程光学的基础理论和实践中常用的光学系统。
学生应掌握光的电磁理论的基础知识和光学系统的集合系统的分析和计算。
掌握实验的基本技能和基本使用和操作技能。
必读书籍和参考书籍：
一、教材：自编的《工程光学》实验指导书
二、参考书：
1石顺祥等著.物理光学与应用光学.西安：西安电子科技大学出版社,2000
2梁栓廷著.物理光学.北京：机械工业出版社,1987
3郁道银等著.工程光学.北京：机械工业出版社版,2007
所需教学设备：
多媒体
任课教师签名：____________________
系（教研室）主任签名：____________主管教学院长（主任）签名：_______________ 院（部）签
~^7T.
早
2012年1月8日
教务处制
《工程光学》课程实验教学大纲
课程编号：01100260
课程名称：工程光学
课程类型：专业必修课（测控技术与仪器）
课程属性：课内实验
课程总学时：64 （测控技术与仪器专业）
课程总学分：4.0 （测控技术与仪器专业）
实验学时：10 （测控技术与仪器专业）
实验学分：0.5
开设学期：第6学期（测控技术与仪器专业）
适用专业：测控技术与仪器
一、实验教学目标与基本要求
通过本课程的实验，使学生能够掌握工程光学的基本理论知识和所涉及的装置仪器的使用、测试技能，使学生在将来的科研实践中，具有解决光学理论及分析问题的能力及分析和综合实验结果以及撰写实验报告的能力。
掌握实验的基本原理，了解所涉及的常用装置、仪器的正确使用方法。
使学生能正确进行相应的仪器操作和使用、准确判断实验现象和结果的合理性，同时具有处理测量数据的能力。
二、本实验课程的基本理论与实验技术知识
本实验课程是《工程光学》理论课程的配套课程，需要学生利用理论课涉及的几何光学基本定律与成像概念、理想光学系统、平面与平面系统、光束限制、典型光学系统、光的干涉、衍射及、偏振等知识完成相关的实验项目。
通过实验，使学生初步掌握薄透镜焦距测量、望远镜、投影仪等典型光学系统、杨氏双缝干涉、夫琅禾费衍射及马吕斯定律有所认识，学会光源的使用、光学系统的搭建，各光学元件间距测量及数据的处理工作。
三、实验方法、特点与基本要求
实验中，学生应该根据实验项目的要求选择光学器件、搭建调平光学系统、观察到光学影像。
实验中光学元件轴向测距应首先该元件的中心，横向测距应会使用光学测微仪相对测量。
实验结果须经指导教师检查、认定。
通过实验，学生应该掌握系统调平、数据处理等常规方法。
四、实验主要仪器设备
天津港东光学仪器有限公司生产的工程光学试验仪及SGP1型自动偏振实验仪。
五、实验项目的设置与内容提要
《工程光学》实验是验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识的必要环节。
要求学生课前预习实验指导书，
写出预习报告，指导教师应概述实验的原理、方法及仪器使用等，并作针对性指导，具体
实验步骤和结果分析、处理由学生独立完成。
通过实验增加学生对所学内容的感性认识及深入研究, 因此安排如下实验项目:
序号实验项目名称实验内容提要实
验
学
时
实
验
类
型
每
组
人
数
实
验
要
求
1用自准法测薄
凸透镜焦距1.学会光具座及光学系统的调整及光学参数的测量；
2.理解自准法测透镜焦距的原理；
3.测出凸透镜的焦距并处理数据。
2验
证
2必
做
2测自组望远镜
的放大率及自
组带正像棱镜
的望远镜1.理解望远镜的工作原理；
2.测出自组望远镜的放大率并处理数据；
3.自组带正像棱镜的望远镜并进行观察。
2综
合
2必
做
3杨氏双缝实验 1.熟悉杨氏双缝实验原理；
2.测试光源平均波长并处理数据。
2验
证
2必
做
4夫琅禾费单缝
衍射1.理解夫琅和费圆孔衍射的原理；
2.测出He-Ne激光光源波长并处理数据。
2验
证
2必
做
5偏振光的产生
和检验1.理解偏振光的产生机制；
2.验证马吕斯定律；
3.学会自动偏振实验仪及其软件的使用。
2验
证
2选
做
六、实验报告要求
实验完成后，学生应该认真撰写实验报告。
实验报告中应该包括：光学系统图、测量数据及处理结果、调试过程（包括调试中出现的问题及解决的方法）和实验心得体会。
七、考核方式与成绩评定标准
实验成绩采取历次实验报告成绩平均后占80%,实验出勤率占20%的方法进行核算。
八、教材及主要参考资料
一、教材：自编的《工程光学》实验指导书
二、参考书：
1石顺祥等著.物理光学与应用光学.西安：西安电子科技大学出版社,2000
2梁栓廷著.物理光学.北京：机械工业出版社,1987
3郁道银等著.工程光学.北京：机械工业出版社版,2007
大纲执笔人：张秀霞大纲
审定人：
制订日期:2012年2月25 I I。