光学课设报告
光学实验创新课程设计
光学实验创新课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握光学基本原理，包括光的传播、反射、折射和色散等现象；2. 帮助学生了解光学实验仪器的使用方法和操作技巧；3. 引导学生运用所学知识，解释日常生活中的光学现象。
技能目标：1. 培养学生动手操作光学实验的能力，提高实验操作熟练度和准确性；2. 培养学生运用光学知识解决实际问题的能力；3. 培养学生团队协作、沟通表达的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对光学现象的好奇心和探索欲望；2. 培养学生严谨的科学态度，养成实验操作的规范性和安全性意识；3. 增强学生对我国光学科技成就的自豪感，树立为国家和民族科技事业贡献力量的信心。
课程性质：本课程为创新实验课程，以光学知识为基础，强调实践操作和探索研究。
学生特点：学生具备一定的物理知识基础，具有较强的求知欲和动手能力，但对光学知识了解有限。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实践操作能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际生活中，解决实际问题。
同时，关注学生情感态度的培养，激发学生的学习兴趣和责任感。
将课程目标分解为具体的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 光的传播：介绍光的直线传播原理，以及光在均匀介质和不同介质中的传播现象。
教材章节：《物理》八年级下册第二章第三节“光的传播”2. 光的反射：讲解平面镜、凸面镜和凹面镜的反射现象，以及反射定律的应用。
教材章节：《物理》八年级下册第二章第四节“光的反射”3. 光的折射：阐述光从一种介质进入另一种介质时的折射现象，介绍折射定律。
教材章节：《物理》八年级下册第二章第五节“光的折射”4. 色散现象：解释太阳光经过三棱镜分解成七色光的现象，以及彩虹的形成原理。
教材章节：《物理》八年级下册第二章第六节“色散现象”5. 光学实验：设计光学实验，包括制作简易望远镜、显微镜，观察光的反射、折射和色散等现象。
与光学有关的课程设计
与光学有关的课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
知识目标要求学生掌握光学的基本概念、原理和定律，如光的传播、反射、折射、干涉、衍射等。
技能目标要求学生能够运用光学知识解决实际问题，如进行光学实验、分析光学图像等。
情感态度价值观目标要求学生培养对科学的兴趣和好奇心，提高科学素养，培养合作和探究的精神。
二、教学内容根据课程目标，选择和教学内容，确保内容的科学性和系统性。
教学大纲将按照光学的基本概念、原理和定律进行，包括光的传播、反射、折射、干涉、衍射等内容。
教材将选用《光学原理》一书，并结合实验教材《光学实验》进行实践操作。
三、教学方法选择合适的教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
通过多样化的教学方法，激发学生的学习兴趣和主动性。
在理论课上，采用讲授法结合案例分析法，通过生动的案例和实际问题，引导学生理解和应用光学知识。
在实验课上，采用实验法，让学生亲自动手进行实验，培养实验操作能力和科学思维。
四、教学资源选择和准备适当的教学资源，包括教材、《光学实验》实验教材、多媒体资料、实验设备等。
教材和实验教材将作为主要的学习资源，多媒体资料用于辅助教学，提供直观的光学现象展示和实验操作演示。
实验设备包括显微镜、望远镜、干涉仪等，用于支持和实施实验教学。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业和考试。
平时表现评估学生的出勤、课堂参与度和表现，占课程总评的20%。
作业包括课后习题和实验报告，占课程总评的30%。
考试包括期中考试和期末考试，占课程总评的50%。
考试内容将涵盖光学的基本概念、原理和定律。
评估方式将客观、公正，全面反映学生的学习成果。
六、教学安排本课程的教学进度将按照教学大纲进行，确保在有限的时间内完成教学任务。
教学时间安排每周2课时，共16周。
教学地点将选择教室和实验室，以满足理论课和实验课的需求。
教学安排将考虑学生的作息时间和兴趣爱好，尽量安排在学生方便的时间进行。
matlab光学设计课程设计报告
matlab光学设计课程设计报告一、教学目标本课程旨在通过MATLAB软件平台，使学生掌握光学设计的基本原理和方法，培养学生的实际操作能力和创新意识。
知识目标：使学生掌握光学设计的基本理论、原理和算法，理解MATLAB在光学设计中的应用。
技能目标：培养学生利用MATLAB进行光学设计的能力，能够独立完成光学系统的设计和分析。
情感态度价值观目标：培养学生对光学设计的兴趣，增强其科学探究的精神，提高其创新能力和团队协作意识。
二、教学内容教学内容主要包括MATLAB软件的基本操作、光学设计的基本原理、光学系统的设计与分析。
具体包括：MATLAB软件的使用，光学基本概念，光学系统设计方法，MATLAB在光学设计中的应用实例。
三、教学方法本课程采用讲授法、实践操作法和案例分析法相结合的方式进行教学。
讲授法用于向学生传授光学设计和MATLAB使用的理论知识；实践操作法让学生通过实际操作，加深对理论知识的理解；案例分析法则通过分析实际案例，使学生掌握光学设计的方法和技巧。
四、教学资源教学资源包括教材《MATLAB光学设计》、多媒体教学课件、网络教学资源以及实验室设备。
教材《MATLAB光学设计》为学生提供光学设计的基本理论和MATLAB操作方法；多媒体教学课件则生动展示光学设计的原理和过程；网络教学资源为学生提供额外的学习资料和实践案例；实验室设备则为学生提供实际操作光学设计的机会。
五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试三个部分，各占课程总评的30%、30%和40%。
平时表现主要考察学生的课堂参与度、提问回答、小组讨论等，通过观察和记录来进行评估。
作业则是对学生学习成果的直接检验，要求学生按时完成，并进行批改和反馈。
考试则是对学生整体学习情况的考察，包括理论知识和实践操作，采用闭卷考试的方式进行。
六、教学安排本课程的教学安排分为两个学期，每周两次课，每次课两小时。
第一学期主要讲解MATLAB的基本操作和光学设计的基本原理。
光学课程设计
光学课程设计：
1.光的折射现象：列举实例，探讨光线从一种介质进入另一种介质时的折射规律；
2.凸透镜成像规律：通过实验，学习凸透镜成像的规律，理解物距、像距、成像大小的关系；
3.光谱与光谱分析：介绍光谱的产生，探讨光谱分析在科学中的应用；
4.光的干涉与衍射：以生活中的实例引入，简要介绍干涉与衍射现象；
光学课程设计
一、教学内容
光学课程设计：
教材章节：《物理》八年级下册，第二章光学
1.光的传播直线传播、光的反射、光的折射现象；
2.凸透镜成像：成像原理、成像特点、应用实例；
3.光的色散：彩虹的形成、光的分解与合成；
4.光的波长与频率：光的波长、频率、速度之间的关系；
5.光的吸收与发射：物体的颜色、红外线与紫外线的应用。
5.光学器件：介绍凸透镜、凹透镜、平面镜等光学器件的构造及作用，探讨其在实际应用中的使用方法。
3、教学内容
光学课程设计：
1.光的反射定律：复习和巩固反射定律，通过实验探究镜面反射和漫反射的区别；
2.光的折射定律：深入探讨斯涅尔定律，理解折射角与入射角的关系；
3.光学仪器的使用：教授如何正确使用显微镜、望远镜等光学仪器，并进行实际操作练习；
3.光的干涉现象：设计简单的干涉实验，让学生观察干涉条纹，理解干涉的原理；
4.光的衍射现象：通过实际操作，观察光的衍射现象，探讨衍射与光的波动性的关系；
5.光学技术在日常生活中的应用：分析光学技术在眼镜、相机、光纤通信等领域的作用，强调光学知识在实际生活中的重要性。
5、教学内容
光学课程设计：
1.光的吸收与发射过程：探讨物体颜色的产生，分析不同物质对光的吸收和发射特性；
4.光的粒子性与波动性：介绍光的双重性质，探讨光的粒子性与波动性的实验证据；
光学实验课程设计
光学实验课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握光学基本概念、原理和实验技能，培养观察、思考、分析和解决问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解光的传播、反射、折射和衍射等基本现象；（2）掌握光的干涉、衍射和偏振等特性；（3）熟悉光学实验装置和实验方法。
2.技能目标：（1）能够运用光学知识解释日常生活中的光学现象；（2）具备基本的光学实验操作能力，能独立完成光学实验；（3）学会运用科学思维方法分析光学问题，提高解决问题的能力。
3.情感态度价值观目标：（1）培养对光学实验的兴趣，激发探索科学的热情；（2）树立实事求是、严谨治学的科学态度；（3）增强团队协作意识，提高沟通能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光学基本概念、原理、实验方法和技巧。
具体安排如下：1.光的传播与反射：光的直线传播、反射定律、球面镜和凸透镜成像；2.光的折射与衍射：折射定律、衍射现象、光的色散；3.光的干涉与偏振：双缝干涉、单缝衍射、光的偏振；4.光学实验装置与操作：光学实验仪器的使用、实验方法的选取、数据处理与分析。
三、教学方法为提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：系统讲解光学基本概念、原理和实验方法；2.实验法：引导学生动手实验，培养实际操作能力；3.讨论法：分组讨论实验现象，引导学生思考问题；4.案例分析法：分析日常生活中的光学现象，提高学生运用光学知识解决实际问题的能力。
四、教学资源为实现教学目标，我们将充分利用以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光学教材，为学生提供系统、科学的学习材料；2.参考书：提供丰富的光学课外阅读材料，拓展学生知识面；3.多媒体资料：制作精美的PPT、视频等教学课件，提高课堂教学效果；4.实验设备：保障实验教学的顺利进行，培养学生实际操作能力。
五、教学评估为全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：考察学生在课堂上的参与度、提问回答等情况，占总评的20%；2.作业：布置适量的作业，检查学生对光学知识的理解和应用能力，占总评的30%；3.实验报告：评估学生在实验过程中的操作技能和问题解决能力，占总评的20%；4.考试成绩：期末进行闭卷考试，测试学生对本课程知识的掌握程度，占总评的30%。
光学课程设计范文
光学课程设计范文一、教学目标本章节的教学目标旨在让学生掌握光学的基本概念、原理和现象，提高他们的科学素养和观察能力。
具体包括：1.知识目标：学生能够理解光的传播、反射、折射、干涉、衍射等基本现象，掌握光学的基本定律和公式。
2.技能目标：学生能够运用光学知识解决实际问题，提高观察和实验能力，学会使用光学仪器和设备。
3.情感态度价值观目标：学生对光学产生浓厚兴趣，培养科学探究的精神，认识光学在生活和科技中的重要性。
二、教学内容本章节的教学内容主要包括光的传播、反射、折射、干涉、衍射等基本现象和光学定律。
具体安排如下：1.光的传播：介绍光的传播途径、速度和介质对光传播的影响。
2.反射和折射：讲解反射定律、折射定律，探讨反射和折射现象的原理和应用。
3.干涉：讲解双缝干涉、单缝衍射等干涉现象，分析干涉条件的满足。
4.衍射：介绍衍射现象的产生条件和衍射规律，探讨衍射在生活和科技中的应用。
5.光学仪器和设备：介绍常见的光学仪器和设备，如显微镜、望远镜、照相机等，分析其工作原理和应用。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本章节将采用多种教学方法：1.讲授法：讲解光学基本概念、原理和定律，引导学生理解和掌握。
2.讨论法：学生探讨光学现象和问题，培养学生的思考和分析能力。
3.案例分析法：分析生活中的光学现象，让学生感受光学在实际应用中的重要性。
4.实验法：进行光学实验，让学生亲手操作，观察和记录实验现象，提高学生的观察和实验能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光学教材，为学生提供系统、科学的学习材料。
2.参考书：提供相关光学领域的参考书籍，拓展学生的知识视野。
3.多媒体资料：制作光学现象和实验操作的多媒体课件，增强课堂教学的趣味性和直观性。
4.实验设备：准备光学实验所需的仪器和设备，确保学生能够顺利进行实验操作。
五、教学评估本章节的教学评估将采用多种方式，以全面、客观地评估学生的学习成果。
光学课程设计变倍
光学课程设计变倍一、教学目标本章的教学目标是使学生掌握光学变倍的基本原理和实验方法，培养学生的实验技能和科学思维。
具体目标如下：1.知识目标：学生能够理解光的折射原理，掌握凸透镜和凹透镜的成像规律，了解光学放大镜和显微镜的工作原理。
2.技能目标：学生能够运用光学原理进行简单的透镜设计，能够操作光学仪器进行实验观察，提高实验操作能力和数据分析能力。
3.情感态度价值观目标：学生通过学习光学知识，能够培养对科学的兴趣和好奇心，增强科学探究的精神，培养团队合作和交流表达的能力。
二、教学内容本章的教学内容主要包括光学变倍的基本原理、凸透镜和凹透镜的成像规律、光学放大镜和显微镜的工作原理。
具体安排如下：1.第一节：光学变倍的基本原理，介绍光的折射原理，引导学生理解凸透镜和凹透镜的成像规律。
2.第二节：凸透镜和凹透镜的成像规律，通过实验观察和数据分析，使学生掌握凸透镜和凹透镜的成像特点。
3.第三节：光学放大镜和显微镜的工作原理，介绍放大镜和显微镜的结构和原理，引导学生进行实验操作和观察。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本章将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、实验法等。
具体方法如下：1.讲授法：通过讲解光学变倍的基本原理，使学生掌握光的折射原理和凸透镜、凹透镜的成像规律。
2.讨论法：在讲解放大镜和显微镜的工作原理时，引导学生进行小组讨论，培养学生的团队合作和交流表达的能力。
3.实验法：学生进行实验观察和数据分析，使学生在实践中掌握光学原理，提高实验操作能力和数据分析能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，本章将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用《光学》教材，作为学生学习的基本资源，提供光学变倍的基本原理和实验方法。
2.实验设备：准备凸透镜、凹透镜、放大镜、显微镜等光学仪器，供学生进行实验观察和操作。
3.多媒体资料：制作PPT和教学视频，展示光学原理和实验现象，帮助学生直观地理解光学知识。
光学制造技术课程设计
光学制造技术课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握光学制造技术的基本概念、原理和应用，培养学生对光学制造技术的兴趣和好奇心，提高学生的实践能力和创新精神。
具体来说，知识目标包括了解光学制造技术的基本原理、掌握光学制造技术的基本工艺和方法，以及了解光学制造技术的应用领域和发展趋势。
技能目标包括能够运用光学制造技术的基本原理和工艺方法解决实际问题，能够进行光学制造技术的实验操作和数据分析。
情感态度价值观目标包括培养学生对科学探索的热爱和责任感，培养学生团队合作和交流表达能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光学制造技术的基本概念、原理和应用。
具体来说，包括光学制造技术的基本原理，如光的传播、光的折射、光的干涉和衍射等；光学制造技术的基本工艺和方法，如光学成像、光学测量、光学加工和光学检测等；以及光学制造技术的应用领域和发展趋势，如光学镜头、光学仪器、光电子器件等。
三、教学方法本课程的教学方法主要包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
通过讲授法，向学生传授光学制造技术的基本概念、原理和应用；通过讨论法，引导学生进行思考和交流，培养学生的创新思维和问题解决能力；通过案例分析法，让学生了解光学制造技术的实际应用和挑战；通过实验法，让学生亲自动手进行光学制造技术的实验操作和数据分析，提高学生的实践能力和科学素养。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。
教材和参考书用于提供光学制造技术的基本概念、原理和应用的理论知识；多媒体资料用于展示光学制造技术的实验操作和数据分析；实验设备用于进行光学制造技术的实验操作和数据分析。
通过选择和准备适当的教学资源，可以支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验。
五、教学评估本课程的教学评估方式包括平时表现、作业、考试等。
平时表现评估学生的出勤、课堂参与度、提问和回答问题的情况等；作业评估学生的练习和作业完成情况，包括正确性和提交时间；考试评估学生的知识和技能掌握情况，包括期中和期末考试。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光学课设报告
燕山大学
光学系统设计课程
设计说明书
题目：基于Zemax的潜望镜的设计
学院(系)：
年级专业：电子科学与技术
学号：
学生姓名：
指导教师：
共12页第2页
1.课程设计目的与意义
目的：让学生从书面理论知识，转接到实践解决具体的问题，理解潜望镜的设计原理，以及对即将继续深造考研的同学提前了解和熟悉光学设计的流程和相关应用软件的使用。
意义：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，真理是实践出来的。
课程设计教学是把理论和实践相互结合，如此可让学生真正理解所学学科之作用，激发学生向更深层次追求的动力，知行合一，教学才真正完整。
2.课程设计的内容简介
课程设计内容分为三个任务，第一个任务是设计单透镜并研究其球差特性，及优化双胶合结构的球差和轴向色差。
第二个
共12页第3页
任务是人眼的几何光学仿真及远视校正。
第三个任务就是潜望镜的设计。
3. 课程设计步骤
（1）熟悉和理解设计题目的要求。
（2）熟悉如何使用ZEMAX软件。
（3）掌握各种操作数的使用，以及分析窗口的使用。
（4）设计结构以及优化参数。
3.1潜望镜的设计
设计要求：EFL=200mm，前透镜到光阑的距离为90mm，光阑到后透镜的距离也为90mm。
透镜材料为SF2，波长为0.55um。
前后透镜厚度均为15mm,视场角分别设 0、 5.10、 15。
选择近轴工作F数为10（既数值孔径为20mm），物距800mm。
共12页第4页
图1.1 初始的LDE表图
其中，曲径半径关系为面4“pick up”面2值做-1值，面5“pick up”面1做+1值跟随。
厚度是STO面对面2做+1值跟随。
此时打开3D Layout如图：
图1.2 潜望镜的初始结构图
然后设置MFE操作数，如图所示：
共12页第5页
图1.3 MFE列表图
此时可以看到EFL=206.189969mm与要求的200mm有所差距，所以选择空气隙的厚度作为变量，该MFE中只有EFFL 激活，其他操作数做监视器作用。
然后执行优化OPT，此时EFL变成200mm。
图1.4 MFE中EFFL操作数
接着激活PMAG操作数（目标值为-1，权重为1），将物距设为变量（去掉原先的其他变量），进行优化，然后，利用PMAG 操作数，移动物的位置，使物位于单位倍率处，以便使系统表现出对称特性。
共12页第6页
为此，在MFE中加入PMAG操作数。
PMAG限定的是近轴主光线在近轴像面
上的高度与物高之比，令1
=就能达到
PMAG-
上述“物置于单位倍率处，系统对称”的效果。
可得3D Layout图：
图1.5 物位于单位倍率处时对称系统的
外形图
把物置于无穷远，物的厚度设为Infinity。
把前半部分的曲率和光阑空气隙厚度设为变量，在MFE中插入TRAC操作数，同时关掉PMAG。
此时的各视场的RMS值分别为10.4、685.1、1553.4微米。
执行优化后，RMS值变为59.66、95.0、134.9微米，下面给出优化前后RMS值的
共12页第7页
点列图以及优化前的光线扇曲线和场曲曲线。
图1.6.1 优化前的RMS值
图1.6.2 优化后的RMS值
图1.7 优化前的光线扇曲线和场曲曲线
共12页第8页
再看看变化后的结构图，此时系统的外形图是经典的潜望镜结构了。
图1.8 优化设计完成的经典潜望镜结构
图
以及光线扇曲线和场曲曲线的变化，从下图可以看出T曲线偏向右边逐渐趋近与垂直轴。
共12页第9页
图1.9 优化后的光线扇和场曲曲线
在系统的IMA面前插入一个虚拟面，将其厚度作为变量。
同时将潜望镜前、后透镜的厚度均由15mm变为5mm，其它设置不变，进行优化，最后进行平视场优化，再添加三个FCGT操作数。
图1.10 添加三个FCGT操作数
优化得到场曲曲线的变化，有T曲线与垂直轴重合：
共12页第10页
图1.11 添加FCGT操作优化后的场曲曲
线
最后让我们看看此时的结构图。
图1.12 添加FCGT操作数优化后的潜望
镜结构图
以及最终的LDE数据表图
图1.13 添加FCGT操作数优化后的LDE
表图
至此，潜望镜设计训练就基本完成。
3.2单透镜设计及眼睛的校正
（1）单透镜设计要求设计正透镜、负透镜的球差关系，与双胶合结构的优化轴向色差。
单透镜设计之正透镜数据：
图2.1 正透镜LDE表
图2.2 正透镜结构图
图2.3 正透镜的球差
从上图可以得出，正透镜的球差为正的。
单透镜设计之负透镜数据：
图2.4 负透镜LDE表
图2.5 负透镜结构图
图2.6 负透镜的球差
从这里得到负透镜的球差为负的，如此为双胶合结构中正负透镜相互组合可以消除球差做出了理论支持。
（2）下面做双胶合结构，使用了一正一负两个透镜，利用其球差的不同性质，遂可以完成光学系统的球差相互抵消功能。
单透镜设计之双胶合结构数据：
图2.7 双胶合结构的LDE表图2.8 双胶合结构图
图2.9 双胶合结构像差数据表
图2.10 双胶合结构的轴向色差曲线
人眼的几何光学仿真及远视校正：
图3.1 人眼几何光学仿真加远视镜LDE
表
图3.2 人眼几何光学仿真结构图
图3.3 多结构情形下系统的MTF曲线和Diffraction Images图
在原有的基础之上加一个眼睛。
图3.4 加上远视镜的人眼几何光学方正
结构图
图3.5 远视镜矫正后
多结构情形下系统的MTF曲线和
Diffraction Images图
4. 课程设计总结
经过了两周的光学课程设计，我对光学设计过程有了基本的了解，也基本掌握了简单光学系统的设计，在课程设计过程中遇到了各种问题，通过网上寻找资料，同学之间的讨论以及老师的指导，磕磕绊绊的完成了课程设计任务。
通过这次课程设计，不仅加强了对书面知识的理解，也对基本熟悉了ZEMAX光学设计软件的使用，锻炼了自我寻找资料学习的能力，独自解决问题的能力和集体协作的能力，收获很多。