天大光学工程实验课程02
工程光学教案
教案院系：电子与信息工程学院专业：生物医学工程教师：唐春晓绪论，说在教学之前的话一、学习通论⑴大学是做什么的？孔子云“吾十有五而志于学，三十而立，四十而不惑，五十而知天命，六十而耳顺，七十而从心所欲，不逾矩。
”这段话表明了孔子在每个人生阶段的生活状态，也被我们认为是一个人在各阶段较为理想的一种状态。
对于我国学生而言，一般在大学以前，学校中所有的学习内容都是国家教育部规定的，是国家要你学的，学生自身没有选择性。
学生们第一次可以根据自己的意愿选择学习内容就是高考报志愿，是学生自己志于学，大学生普遍十八岁，与十五相差不多。
三十而立指：三十岁的人应该能依靠自己的本领独立承担自己应承受的责任，并已确立自己的人生目标和发展方向；简单说：靠自己的本事在社会上生存；再简单说：独立。
要在社会上生存，做重要的是钱，吃穿住行无不用钱，挣钱的最佳方法就是工作。
你毕业后能做什么样的工作，挣多少钱，过什么样的日子，与你大学中的学习情况息息相关。
高中大家学的都一样，最后有人做会计，有人做工程师，有人做医生，区别何来？--大学中学了什么。
故而大学生在大学中的主要工作是：明确要实现自己的理想自身还缺乏那些知识，并根据这一认知有计划有目标的充实自身补充不足，为自身将来的社会生活打下基础。
⑵学习规划方法：⑶学习知识的一般过程：接收→理解→应用，这三个层次是逐步递进的，通常而言上课听讲是接收知识兼具初步理解、真正的理解知识却需要学生课后结合课上所学和教材甚至其它参考资料进行，应用则是需要学生做一些习题。
⑷科学研究与认识方法：发现某一有趣现象→重复该现象分析所有的影响因素→总结各因素对现象的影响规律写成定律→根据定律控制现象使其按照我们的意愿发生→实际应用，造福人类。
我们课程讲解知识点时也会按照这个规律进行。
二、本课程的主要内容介绍本课程主要讲解光学方面的知识，包括光的本质、运行规律、应用中的光学原理等等。
很多物体在宏观和微观角度会体现出不同的特性，以水为例，宏观的水主要表现为流动性，微观的水表现更多的是表面张力。
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。
天津大学工程光学实验——照相物镜参数的测量
思考题 照相物镜有那几个特点？请作图表示。 3. 照像物镜相对孔径的测量 照像物镜的相对孔径定义为入瞳 D 与焦距 f 之比。 1) 故利用实验一焦距的测量方法即测得照像物镜的焦距 f ； 2) 利用上述照像物镜入瞳的测量方法测得入瞳 D。 答：照相物镜基点包括一对主点（即节点）和一对焦点。
天津大学本科生实验报告
课程名称：自动控制原理
实验四 一、 实验目的 三、
姓名：
照像物镜参数的测量
学号：
学院：精仪学院
则，相对孔径 实验内容与要求
专业：测控技术与仪器
D . f
年级：
成：
1. 测量照像物镜节点 2. 测量照像物镜入瞳 D 3. 测量照像物镜相对孔径 二、 实验原理
测量照像物镜的节点、入瞳 D 和相对孔径，并画出测量原理图。 1. 调整仪器与被测照像物镜同轴； 2. 调整节点间架与测量显微镜的相对位置，看分划板的像是否有横向移动； 3. 测量照像物镜焦距 f ，确定 F 的位置；
； 4. 测量照像物镜的后截距 I p 即可确定节点 N 的位置。 5. 根据 f 和 I p
1. 测量焦距与截距 焦距与截距的测量采用实验一的方法，再次不在赘述。 2. 照像物镜入瞳 D 的测量原理 如图所示，在被测照像物镜 3 的焦平面上安排一笑孔栏 2 聚光系统 1，照 亮小孔 2.则由被测物镜射出来平行光束。其宽度相当于入瞳 D，利用测量 显微镜 5.测出在毛玻璃 4 上亮斑直径及入瞳 D 的直径数。
四、
实验数据
1.89mm ， y 2 y1 5.84mm 7.73mm ， y y 2 1. y 1
y 0 40mm ，β 1.19 ， f f0
2. D 37mm 3.
光学实验技术的使用教程
光学实验技术的使用教程光学实验技术是一门重要的实验学科，广泛应用于物理、光学、电子等领域。
通过实验，我们可以深入了解光的特性与行为，并利用这些特性进行光学仪器的制造和使用。
本篇文章将为读者介绍一些光学实验技术的使用教程，帮助读者更好地掌握相关技术。
一、干涉与衍射实验干涉与衍射是光学实验中常见的现象，通过这种实验我们可以观察到光的波动性。
要进行干涉实验，首先需要准备一条光源，可以使用激光器或单色光源。
将光源照射到一个光学装置上，如双缝光栅或杨氏干涉仪，通过调节光源的位置和角度，可以观察到明暗相间的干涉条纹。
衍射实验与干涉实验类似，也需要光源和光学装置。
在装置上设置有细缝或孔径，光通过这些缝隙后发生衍射现象，形成衍射图样。
可以通过调节光源的颜色和角度，观察到不同颜色的衍射光斑。
二、偏振实验偏振是光学中的一个重要概念，它指的是光波中电场矢量振动的方向。
在实验中，我们可以利用偏振片来调整光的偏振状态。
首先，将一束自然光通过一片偏振片，然后再通过另一片偏振片。
通过调整两片偏振片之间的相对角度，可以观察到光的透过程度的变化。
偏振实验在各个领域都有广泛的应用，例如在光通信中，可以利用偏振保持光信号的稳定性；在摄影领域，可以通过偏振镜滤镜拍摄出特殊效果的照片。
熟练掌握偏振实验技术对于光学工程师和科研人员来说至关重要。
三、光谱实验光谱实验是研究光的频谱分布的方法之一，在物理、化学、天文学等领域都有重要的应用。
光谱实验可以分为连续光谱和线条光谱两种。
连续光谱实验可使用一个物体加热产生的白炽灯等光源。
将光源通过一条狭缝，然后通过一个光谱仪，可以观察到光在不同波长上的强度变化。
读者可尝试使用各种不同材料的光源进行实验，观察不同材料产生的连续光谱。
线条光谱实验可以通过氢气放电管、汞灯等具有特定频率发射线的光源来实现。
通过将这些光源照射到光谱仪上，可以观察到明确的频率线条，帮助我们精确测量不同波长的光的特性。
四、反射与折射实验反射与折射是光学的基本原理之一。
天津大学工程光学实验——压电陶瓷特性测量
d 2 1 2nL
光程差没变化一个波长干涉条纹就明暗变化一次，则测量过程中 d 相对 应的干涉条纹变化次数为
实验内容 1. 推导出位移 L 和条纹变化数 N 的关系式。 2. 测量位移 L 与电压 U 的关系，并表述 U-L 曲线。 3. 计算出最大位移量 Lmax。 实验要求 1. 调整激光器使光束与平台平行，并进行扩束。
位移l和条纹变化数n的推导设在测量开始时一束激光经分光器g分成两束它们经参考反射镜m1和目标反射镜m2后沿原路返回并在分光电处重新相遇两束光的光程差为为目标反射镜m2到分光点的距离为参考镜m1到分光点的距离
天津大学本科生实验报告ห้องสมุดไป่ตู้
课程名称：压电陶瓷特性测量 实验二
一、 实验目的
姓名：
学号：
学院：精仪学院
Lmax 10.76 m
1. 通过实验掌握激光测长仪的基本工作原理； 2. 掌握搭设激光光路的基本方法与技巧； 3. 学会用干涉方法测量微小位移。 二、 实验原理 测量位移是迈克尔逊干涉仪的典型应用，测量原理如图-1 所示。 由 He-Ne 激光器发出的光 经分光镜 G 后，光束被分成两 路，反射光射向参考镜 M1（固 定） ， 透射光射向测量镜 M2 （可 移动） ，两路光分别经 M1、M2
N
式中 0 为激光光波中心波长。
d 2nL 0 0
天津大学本科生实验报告
课程名称：压电陶瓷特性测量 姓名： 学号： 学院：精仪学院
五、 思考题 实验原理光路中未加补偿镜，为什么？请说明原因。 答：由于实验中使用单色光，光程损失可以通过调节参考反射镜的位置进行 补偿，这样就可以免去补偿镜。
反射后，在接受屏 P 处产生干涉，通过测出条纹的变化数可计算出位移量， 这就是激光测长仪的基本原理。 三、 实验仪器
工程光学课程设计lighttools
工程光学课程设计lighttools一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握工程光学的基本概念、原理和应用，提高学生的科学素养和工程实践能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解工程光学的基本概念和原理；（2）掌握光线的传播、反射、折射等基本现象；（3）熟悉光学仪器的基本结构和原理；（4）了解光学在工程领域中的应用。
2.技能目标：（1）能够运用光学知识分析和解决实际问题；（2）具备制作和调试光学仪器的基本技能；（3）能够运用光学软件进行光学设计和分析。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对光学学科的兴趣和好奇心；（2）培养学生勇于探索、创新的精神；（3）培养学生团队协作和交流分享的意识。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.工程光学基本概念和原理；2.光线的传播、反射、折射等基本现象；3.光学仪器的基本结构和原理；4.光学在工程领域中的应用。
具体安排如下：1.导言：介绍工程光学的基本概念和原理，引发学生对光学学科的兴趣；2.光线传播：讲解光线的传播规律，通过实例分析光线的传播现象；3.反射和折射：阐述反射和折射的原理，分析反射和折射现象；4.光学仪器：介绍光学仪器的基本结构和原理，讲解光学仪器的应用；5.工程应用：介绍光学在工程领域中的应用，激发学生的学习兴趣和创新精神。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法：1.讲授法：讲解工程光学的基本概念、原理和应用；2.案例分析法：分析实际案例，让学生了解光学仪器的应用；3.实验法：安排光学实验，让学生亲手操作，加深对光学现象的理解；4.讨论法：学生进行小组讨论，促进学生之间的交流和思考。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课将采用以下教学资源：1.教材：《工程光学导论》；2.参考书：光学原理与应用、光学仪器设计等；3.多媒体资料：光学实验视频、光学仪器图片等；4.实验设备：光学仪器、实验材料等。
天津大学工程光学教案
课程名称：工程光学授课对象：本科生课时：2课时教学目标：1. 使学生掌握理想光学系统的基本概念和成像性质。
2. 理解基点、基面及其在光学系统表示中的作用。
3. 学会使用图解法和解析法求解像。
4. 了解高斯成像公式及其应用。
教学重点：1. 理想光学系统的成像性质。
2. 基点、基面的概念及其在光学系统表示中的应用。
3. 高斯成像公式的推导与应用。
教学难点：1. 高斯成像公式的推导。
2. 不同类型光学系统的成像性质分析。
教学过程：第一课时一、导入1. 介绍工程光学在光学工程领域的重要性。
2. 回顾几何光学的基本概念和原理。
二、讲解1. 理想光学系统的概念：通过实际光学系统抽象出的理想模型。
2. 成像性质：光学系统对物体成像的规律。
3. 基点、基面的概念及其在光学系统表示中的应用。
三、实例分析1. 分析几种典型光学系统的成像性质，如凸透镜、凹透镜、平面镜等。
2. 举例说明基点、基面在光学系统表示中的作用。
四、高斯成像公式1. 推导高斯成像公式。
2. 解释公式中各个参数的含义。
3. 应用高斯成像公式进行成像计算。
第二课时一、复习1. 回顾上一节课的重点内容。
2. 提问学生，检查对重点知识的掌握情况。
二、讲解1. 分析不同类型光学系统的成像性质。
2. 讨论光学系统的像差及其产生原因。
三、实例分析1. 分析典型光学系统的成像质量评价。
2. 讨论如何提高光学系统的成像质量。
四、总结1. 总结本节课的主要内容和重点。
2. 强调学生在实际应用中应注意的问题。
教学评价：1. 学生对理想光学系统成像性质的理解程度。
2. 学生运用高斯成像公式进行成像计算的能力。
3. 学生对光学系统像差及其产生原因的认识。
课后作业：1. 查阅资料，了解光学系统的实际应用案例。
2. 完成光学系统成像计算题目，加深对成像公式的理解。
教学反思：1. 关注学生对重点知识的掌握情况，及时调整教学策略。
2. 结合实际案例，提高学生对光学知识的兴趣和应用能力。
天津大学工程光学考研资料
第一部分：核心原创资料天津大学光学工程在教育部重点学科评比中排名第二，是天津大学的王牌学科之一。
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本资料为您提供了以下信息，让您的复习事半功倍：1、非常详细的为大家讲解每个章节的重点，将知识分为重点、难点、考点、不考的内容四个部分。
让您的复习节约时间抓住重点。
3、补充老师笔记以及习题内容。
跨学校考试的同学这一部分对你们很重要，这让你们和天大本校学生站在了同一个起跑线上。
这部分内容是光学工程命题老师在上课时讲到的很重要的内容但是书上却没有的，这也是真题可能的命题点。
4、详细解析历年真题，分析真题分布的重点章节，每章节题目的考查形式以及命题趋势。
认真的分析真题，让你抓住考试的命题思路.5、对复试的详细分析，包括复试流程、复试内容、复试如何准备、复试的答题技巧。
准备复试就像是大海捞针，因为范围实在是广大，本资料为大家缩小范围，教给您在面试中捕获老师芳心的诀窍！！资料具体包括：一、专业介绍1、专业历年初复试分数线、录取比例、时间安排等情况；2、介绍专业各大组研究方向、师资力量、毕业去处、相关信息获取途径等信息；二、专业课复习(1)、教材复习：1、总体上把握教材，介绍知识的整体框架；2、将各知识点标记为重点、考点、难点、不考的内容4个部分，进行分析，使复习可以做到有的放矢。
(2)、习题巩固：列出几何光学与物理光学复习过程中需要用到的习题书，并介绍其使用方法。
(3)、真题复习：1、历年考题基本分析、从整体的命题思路进行分析预测命题趋势；2、分析各章节命题特点、各章节所对应的题型以及分值等；3、答题技巧:根据老师的判卷特点，分析各题型尤其是画图、简答、计算三部分答题时要注意的地方；4、真题答案与分析，题型、考点详细介绍三、复试部分：介绍自己复试的体会与建议、复试各部分所占比例介绍1、笔试、介绍笔试部分考试范围以及准备方法；2、面试、介绍面试整个流程从语言、礼节、心态各方面给予指导；3、试验、介绍试验内容以及准备方法四、复习建议：从复习时间安排以及复习时的心态调整两方面给予建议第二部分考研真题及答案：1、天津大学工程光学96-05、09、2011、2012、2013年考研试题，其中2000-2005年含真题答案与分析，2009、2011、2012、2013为回忆分析版（市场独家最全，其中2011年试题由本站特约考生团队回忆，并由签约研究生团队精确点评，2012、2013年由特约考生考场记录后整理为完整版，全国独家推出，掌握最新试题动向先人一步），众所周知天大出题重复率高，一般多年的试题就是一个小题库，所以历年试题一定要仔细研究，通过多年试卷可总结出出题重点及思路；第三部分：其他重要资料1、天津大学物理光学内部习题补充及习题解答，天大内部发授，打印版，答案详细准确，有考研标准题标注，主创团队强力推荐；2、天津大学工程光学高分考生总结笔记，包含考试中所涉及到的物理光学和应用光学的核心知识点，浓缩了本科目精华内容，手写版近50页，同时包括了部分天大课后作业题答案，具有重要参考价值；3、天津大学工程光学本科生期末考试前老师发授的打印版复习资料，突出了各章重点复习题并附有详细答案，具有重要参考价值，共36页；4、天津大学工程光学本科课件，包括几何光学和物理光学两部分，几何光学部分制做了大量的交互式动画，物理光学为PPT格式，适合学习参考，加深印象，容量30M，光盘发送；5、天津大学工程光学习题课习题，此部分习题为光学工程考研命题老师提供的复习的习题。
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实验二 望远系统的参数测量
一、实验目的
1．掌握望远系统的入瞳和出瞳距的测量方法
2．掌握望远系统放大率的测量方法
二、实验内容
掌握测量方法，做好测量前的准备工作，测量给定的望远镜的入瞳D，出瞳D′及出瞳距p′，计算望远系统的放大率r。
三、实验原理
1．入瞳D的测量
测量入瞳D。
对于简单望远镜来说，孔径光阑和入射光瞳就是物镜镜框，其直径D可用量规或卡尺直接量出，也可采用测量显微镜如图2－1那样来进行测量，测量时注意要对镜框直径的两端逐个调焦、显微镜的横向移动量，就是入瞳光瞳的直径D。
图2－1
2．出瞳D′的测量：
测量原理如图所示，出瞳D′的大小用测量显微镜或倍率计进行测量，首先将待测望远镜调焦于无限远，再将待测望远镜安置在光具座上，接通平行光管电源，作为无穷远光源照亮望远物镜的外框，则在望远镜目镜后面可看到一亮斑，即为出瞳D′，用测量显微镜或倍率计测出D′的大小。
测量原理如图2－2所示。
图2－2
3．出瞳距p′的测量：
在用测量显微镜测出瞳D′的大小时，记下测量显微镜在光具座导轨上的位置A，再移动显微镜至到能看清望远镜后表面（此时看到目镜后表面上有许多灰尘），记下显微镜在导轨上的位置B，则两位置差即为出瞳距p′。
则： p′＝A－B
测量装置如图2－3所示
图2－3
4．望远镜放大率的测量：
望远系统放大率即为可见放大率或称为视角放大率，由几何光学可知r 表示视角放大率有如下关系：
（2－2） 式中： w——望远镜物方视场角
w′——望远镜象方视场角
D——望远镜的入瞳直径
D′——望远镜的出瞳直径
f物——望远镜的物镜直径
f′ 目——望远镜的目镜直径
根据以上公式，只要任意测得对应的一组数据即能计算出望远系统的放大率P值。
四、实验设备
光具座、待测望远镜
五、实验步骤
1．测量入瞳和出瞳：由公式（2－2）可知视角放大率等于入瞳和出瞳之比。
本法与前面望远镜的D和出瞳D′ 测量方法相同。
2．测量物方视场角w，和象方视场角w′ 利用公式E＝tgw′/tgw而求出望远镜的视场角放大率，测量装置原理如图2－5所示。
图2－5
平行光管装有已知距离y的分划板。
前置镜上装有角度置的分划板。
前置镜上装有角度值的分划板，由于平行光管的分划板极准确的安装在就焦平面上。
根据公式：
tgw = y/2f′
式中：f′——为已知平行光管的焦距。
y为已知刻线间隔的分划板上线距。
故w就是被测望远镜的物方视场角。
经被测望远镜后，通过前置镜可看到平行光管两条刻线的象。
其夹角为2w′ 即为两倍的象方视场角。
根据公式（2－2）计算出视角放大率F来。
六、思考题
1．你怎样证明望远镜物镜镜框内径就是入射光瞳D？ 2．还有什么方法测量望远镜系统的放大率。
举例说明？。