工程光学复习资料
考研工程光学知识点归纳
考研工程光学知识点归纳工程光学是光学工程领域的一个重要分支，它主要研究光学系统的设计、制造和应用。
以下是考研工程光学的一些关键知识点归纳：一、光的波动性质- 光波的基本概念：波长、频率、速度。
- 光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉。
- 光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、衍射光栅。
- 光的偏振现象：偏振原理、偏振器、偏振的应用。
二、光学成像理论- 几何光学基本原理：光线、光路、成像。
- 光学系统的分类：透镜、反射镜、折射镜。
- 薄透镜公式：焦距、物距、像距的关系。
- 光学系统的像差：球差、色差、像散、场曲、畸变。
三、光学仪器设计- 光学系统设计原则：分辨率、景深、视场。
- 光学系统性能评价：MTF（调制传递函数）、PSF（点扩散函数）。
- 光学系统设计方法：光线追迹、光学设计软件应用。
四、光学材料与元件- 光学材料的特性：折射率、色散、透过率。
- 光学元件的制造：透镜磨制、反射镜镀膜。
- 光学元件的测试：干涉仪、光学测试仪器。
五、现代光学技术- 光纤光学：光纤的传输原理、光纤通信。
- 激光技术：激光的产生、特性、应用。
- 集成光学：光波导、光电子集成技术。
六、光学测量技术- 光学测量原理：干涉测量、衍射测量。
- 光学测量仪器：干涉仪、光谱仪、光学显微镜。
- 光学测量技术的应用：表面粗糙度测量、位移测量。
七、光学系统的应用- 光学成像系统在医疗、科研、工业等领域的应用。
- 光学传感技术在环境监测、智能制造中的应用。
- 光学信息处理技术在图像识别、数据存储中的应用。
结束语：考研工程光学不仅要求对基础理论有深入的理解，还需要掌握光学系统设计、元件制造和应用的实践技能。
通过对这些知识点的系统学习和掌握，可以为未来的科研或工程实践打下坚实的基础。
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第三节
一、符号规则（新笛卡尔符号规则）
光路计算与近轴光学系统
物方孔径角：入射光线与光轴的夹角 像方截距:顶点Ｏ到光线与光轴交点Ａ’ 的 距离 像方孔径角：出射光线与光轴的夹角 像方参量与对应的物方参量所用字母 相同，并以“ ’ ”区别 二、单个折射面的实际光线的光路计算 在这里分二种情况分别考虑：物在无限远及 物在有限远。以下的公式是根据简单的几何 三角关系得到的： 1、物在有限远：
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工程光学基础复习资料测控 122 班委会整理
第一章 几何光学基本定律与成像概念
本章重点： 几何光学的基本术语及基本定律、光路计算及完善成像的条件。
第一节 几何光学基本定律
一、光波与光线 1、光波性质 性质：光是一种电磁波，是横波。 我们平常看到的光波属于可见光波，波长范 围 380nm—760nm 大于 760mm 为红外光， 小于 380mm 为紫外光。 光波分为两种：单色光波及复色光波
一、理想光学系统（又称为高斯系统） 1、定义：能够对任意宽空间内的任意点， 以任意宽光束成完善像的光学系统。 2、意义：它是作为一个标准而存在的，是 为了对所设计的实际系统加以比较、评判而 存在的。
共轭点：物空间中的每一点都对应于像空间中相 应的点，且只对应一点，这两点共轭； 共轭面：物空间中每一个平面对应于像空间中相 应的平面，且是唯一的，这两个平面共轭；共线 成像： 理想光学系统中点对应点、 直线对应直线、 平面对应平面的成像变换。
s nl
n c / v,l vt
s ct
其数学表示形式为：若光经过 m 层均匀 介质，则总的光程可写为
若光经过的是非均匀介质， 即 n 是一个变量， 这时光程可表示为：
光纤保证发生全反射的条件：
工程光学复习要点
工程光学复习要点第一章1．可见光波长范围：380-760nm.2.几何光学的基本定律：光的直线传播定律；光的独立传播定律；光的折射定律和反射定律.3.光的全反射现象；入射角大于临界角, sin I m = n’/n .4.费马原理：光线从一点传播到另一点，无论经过多少次折射和反射，其光程为极值（极大、极小、常量），也就是说光是沿着光程为极值的路径传播。
（又称极端光程定理）5.马吕斯定律：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射对应点之间的光程均为定值。
6. 完善成像条件的表述：表述一：入射波面是球面波时，出射波面也是球面波。
表述二：入射是同心光束时，出射光也是同心光束。
表述三：物点及其像点之间任意两条光路的光程相等。
7.球面光学系统垂轴放大率β、轴向放大率α和角放大率γ间的关系式为：βαγ=8.折射系统垂轴放大率与成像性质（P10）9.作业：8第二章1.理想光学系统（没有像差的光学系统是理想光学系统吗?）2.共轭概念（理想光学系统物方焦点和像方焦点不是共轭点？物方主平面和像方主平面之间的关系？）3.图解法求像InIn sin'sin'=4.解析法求像牛顿公式高斯公式5．理想光学系统两焦距之间的关系6.组合焦距7.作业：1，2 ,4第三章：1.平面镜成像特性：平面镜是唯一能够完善成像的最简单光学元件2. 一个右手坐标系经平面镜成像为一个左手坐标系. 3.当入射光方向不变，旋转平面镜α角，则出射光方向改变2α 。
4.双面镜：在双平面镜系统中，出射光线和入射光线的夹角与入射角无关，只取决于双面镜的夹角α。
公式: β＝2α只要双面镜夹角不变，双面镜转动时，连续一次像不动。
5. 反射棱镜奇次反射成镜像，偶次反射成一致像。
6. 棱镜系统的成像方向判断原则 P48''f f x x ⋅=⋅1,'=-=βl l7.作业7第四章1.孔径光阑的定义：限制轴上物点孔径角u 大小的光阑。
工程光学知识点整理
工程光学课件总结班级:姓名:学号:目录第一章几何光学基本原理 (1)第一节光学发展历史 (1)第二节光线和光波 (1)第三节几何光学基本定律 (3)第四节光学系统的物象概念 (6)第二章共轴球面光学系统 (7)第一节符号规则 (7)第二节物体经过单个折射球面的成像 (8)第三节近轴区域的物像放大率 (10)第四节共轴球面系统成像 (12)第二章理想光学系统 (14)第一节理想光学系统的共线理论 (14)第二节无限远轴上物点与其对应像点F’---像方焦点 (14)第三节理想光学系统的物像关系 1, 作图法求像 (17)第四节理想光学系统的多光组成像 (22)第五节实际光学系统的基点和基面 (25)第六节习题 (27)第四章平面系统 (27)第一节平面镜 (27)第二节反射棱镜 (28)第三节平行平面板 (29)第四节习题 (30)第五章光学系统的光束限制 (31)第一节概述 (31)第二节孔径光栅 (33)第三节视场光栅 (34)第四节景深 (35)第五节习题 (35)第八章典型光学系统 (36)第一节眼睛的光学成像特性 (36)第二节放大镜 (39)第三节显微镜系统 (41)第四节望远镜系统 (45)第五节目镜 (46)第六节摄影系统 (48)第七节投影系统 (49)第八节光学系统外形尺寸计算 (50)第九节光学测微原理 (53)第一章几何光学基本原理光和人类的生产活动和生活有着十分密切的关系, 光学是人类最古老的科学之一。
对光的每一种描述都只是光的真实情况的一种近似。
研究光的科学被称为“光学”（optics）, 可以分为三个分支:几何光学物理光学量子光学第一节光学发展历史1，公元前300年, 欧几里得论述了光的直线传播和反射定律。
2，公元前130年, 托勒密列出了几种介质的入射角和反射角。
3，1100年, 阿拉伯人发明了玻璃透镜。
4，13世纪, 眼镜开始流行。
5，1595年, 荷兰著名磨镜师姜森发明了第一个简陋的显微镜。
工程光学 知识点
郁道银主编工程光学第一章小结（几何光学基本定律与成像概念）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）：反射定律：即I’’=-I 。
折射定律： n’sinI’=nsinI 。
全反射：当满足 1 、光线从光密介质向光疏介质入射， 2 、入射角大于临界角时，入射到介质上的光会被全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生。
sinI m=n’/n ，其中 I m 为临界角。
应用： 1 、用全反射棱镜代替平面反射镜以减少光能损失。
2 、光纤4 ）光路的可逆性5 ）费马原理光从一点传播到另一点，其间无论经历多少次折射和反射，其光程为极值。
6 ）马吕斯定律光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
3 、完善成像条件（ 3 种表述 )1 ）、入射波面为球面波时，出射波面也为球面波；2 ）、入射光束为同心光束时，出射光束也为同心光束；3 ）、物点 A 1 及其像点A k ’ 之间任意二条光路的光程相等。
6 、单个折射面的成像公式（定义、公式、意义）垂轴放大率成像特性：β>0, 成正像，虚实相反；β<0, 成倒像，虚实相同|β|>1, 放大； |β|<1 ，缩小。
第二章小结1 、什么是理想光学系统？任意大的空间中一任意宽的光束都成完善像的理想模型。
2 、共轴理想光学系统的成像性质是什么？（3 大点）1 ）位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位于光轴上；位于过光轴的某一个截面内的物点对应的共轭像点必位于该平面的共轭像面内；同时，过光轴的任意截面成像性质都是相同的4 、无限远的轴上（外）像点的对应物点是什么？物方焦点。
5 、物（像）方焦距的计算公式为何？f’=h/tanU’， h 为平行光线的高度，U’ 为像方孔径角。
6 、物方主平面与像方主平面的关系为何？互为共轭。
光学系统的基点及性质？有何用途？一对主点和主平面，一对焦点和焦平面，称为光学系统的基点和基面。
工程光学基础课程复习
A’
光 学
2’ B’
系
3’ C’
统
p1
Malus定律的解释图
p2
(1)内容 垂直于入射波面的入射光束，经过任意次的反射
和折射后，出射光束仍然垂直于出射波面，并且在入射波面 和出射波面间所有光路的光程相等。
(2)数学表示
A'
nds
B'
nds
C'
nds c
A
B
C
第二节 成像的基本概念
与完善成像条件
称为近轴区），光线称为近轴光线。
此时，相应的 I、 I、' U等' 都比较小
sin x x ，( x为弧度值)
用弧度值替换正弦值：
u ~ sinU i ~ sin I l~L
u'~ sinU ' i ~ sin I l'~ L'
每面折射前后的Q 不变，称为阿贝不变量
n(1 1) n(1 1) Q r l r l
tgu' yn n 1 tgu y' n' n'
f ' n' fn
放大率之间的关系
§2.5 理想光学系统的组合
反向棱镜的等效作用与展开：
掌握方法
折射棱镜中光楔的偏向角公式 （课P53）及其测微应用
第四章 光学系统中的光阑和光束限制
光阑定义、作用、分类。
z或 t
2p ：在空间域上 km
在真空中传播时，波速相同，相速度和群速度相等。
在色散介质中传播时，不同频率的光波传播速度不同，合成
波形在传播过程中会不断地变化，相速度和群速度便不同了。
第十章 光的干涉
§10－1 光波的干涉条件 §10－2 杨氏干涉实验 §10－3 干涉条纹的可见度 §10－4 平板的双光束干涉 §10－5 典型的双光束干涉系统及其应用 §10－6 平行平板的多光束干涉及其应 用
工程光学复习参考
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⼀、选择题1、⼏何光学有三⼤基本定律，它们是是：（D）A、折射与反射定律，费马原理，马吕斯定律；B、直线传播定律，折射与反射定律，费马原理；C、独⽴传播定律，折射与反射定律，马吕斯定律；D、直线传播定律，独⽴传播定律，折射与反射定律。
2、对理想光学系统，下列表述正确的是：（C）A、位于光轴上的物点的共轭像点不在光轴上；B、物⽅焦点与像⽅焦点共轭；C、基点与基⾯为：焦点、主点、节点，焦平⾯、主平⾯、节平⾯；D、⽜顿物像位置关系，它是以主点为坐标原点。
3、关于光阑，下列表述正确的是：（B）A、孔径光阑经其前⾯的光学系统所成的像称为⼊窗；B、若孔径光阑在光学系统的最前⾯，则孔径光阑本⾝就是⼊瞳；C、孔径光阑、⼊窗、出窗三者是物像关系；D、视场光阑是限制轴上物点孔径⾓的⼤⼩，或者说限制轴上物点成像光束宽度、并有选择轴外物点成像光束位置作⽤的光阑。
4、关于⼈眼，下列描述正确的是：（A）A、眼睛⾃动改变焦距的过程称为眼睛的视度调节；B、近视眼是将其近点矫正到明视距离，可以⽤负透镜进⾏校正；C、眼睛可视为由⽔晶体、视⽹膜和视神经构成的照相系统。
；D、⼈眼分辨率与极限分辨⾓成正⽐关系。
5、关于典型光学系统，下列表述正确的是：（B）A、增⼤波长可以提⾼光学系统的分辨率；B、显微镜的有效放⼤率，放⼤率⾼于1000NA时，称作⽆效放⼤率，不能使被观察的物体细节更清晰；C、⽬视光学仪器，其放⼤作⽤可以由横向放⼤率来表⽰；D、减⼩孔径可以提⾼光学系统的分辨率。
6、关于光的电磁理论，下列表述正确的是：（D）A、两列光波相遇后⼜分开，每列光波不再保持原有的特性；D、两个振幅相同、振动⽅向相同、传播⽅向相同，但频率接近的单⾊光波叠加形成拍现象。
7、关于光的⼲涉，下列表述正确的是：（A）A、平⾏平板的多光束⼲涉中，随平板反射率的增加，透射光的⼲涉条纹变得越明锐；B、楔形平板形成的⼲涉为等倾⼲涉；C、等倾⼲涉条纹为同⼼圆环状条纹，中央条纹级次最低；D、迈克⽿逊⼲涉仪只能产⽣等厚⼲涉条纹。
工程光学重点整理
工程光学重点整理第一章第一节几何光学基本定律（直线传播定律，独立传播定律，反射折射定律，全反射，光的可逆原理）1.反射折射定律：入射光线、反射光线和分界面上入射点的法线三者在同一平面内。
入射角和反射角的绝对值相等而符号相反，即入射光线和反射光线位于法线的两侧，即sinI nI I sinI n2.全反射及其应用注意：光密介质、光疏介质、临界角光密介质：分界面两边折射率较高的介质。
光疏介质：分界面两边折射率较低的介质。
临界角：折射角等于90°时的入射角。
全反射条件：①光线从光密介质进入光疏介质；②入射角大于临界角。
费马原理：光是沿着光程为极植（极大、极小或常数）的路径传播的。
也可已表述为：光从一点传播到另一点，期间无论多少次折射或反射，其光程为极值。
利用费马原理可以证明：光的直线传播、折射及反射定律。
马吕斯定律：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
折、反射，费马原理及马吕斯定律可互推。
第二节a)光学系统与成像概念1、光学系统的作用：对物体成像，扩展人眼的功能。
2、完善像点与完善像：若一个物点对应的一束同心光束，经光学系统后仍为同心光束，该光束的中心即为该物点的完善像点。
完善像是完善像点的集合。
3、物空间、像空间：物所在的空间、像所在的空间。
4、共轴光学系统：专业文档!图1-13 共轴球面光学系统b)若光学系统中各个光学元件表面的曲率中心在一条直线上，则该光学系统是共轴光学系统。
5、各光学元件表面的曲率中心的连线，称光轴。
b)完善成像条件：入射光出射光均为同心光束。
n1A1E n1EE1 n2E1E2 n k E k E n k EA kn1A1O n1OO1 n2O1O2 n k O k O n k OA k C c)物像的虚实判断：实像真实存在且可以记录，虚像则不可以。
第三节a)一、基本概念1、光轴：通过球心C 的直线2、顶点：光轴与球面的交点3、子午面：通过物点和光轴的截面4、物方截距：顶点O 到光线与光轴交点A 的距离5、物方孔径角：入射光线与光轴的夹角6、像方截距：7、像方孔径角：b)基本概念和符号规则：1. 沿轴线段：光线的传播方向自左向右为正，原点为折射面顶点由顶点到光线与光轴交点的方向和光线的传播方向一致时为正。
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1.关于开普勒望远镜和伽利略望远镜的说法正确的是D
A 伽利略望远镜镜筒的全长等于物镜焦距 B.开普勒望远镜目镜的物方焦平面在镜筒以外 C.它
们的焦点在有限远处 D.开普勒望远镜形成的是倒立的像
2.像面的光照度正比于 A A. 光源亮度与2sin U B.2sin U 与2β C.光源亮度与2
β
D.光源亮度、2sin U 与2β
3.在以下的哪个平面，轴外物点的像是垂直于子午面的短线 A A.子午像面 B.弧矢
像面 C.高斯像面 D.以上都不是 4.拍摄人像艺术照，为突出主要人物，应选用 C A.对准距离小、焦距与 F 数大
B.对准距离与 F 数大，焦距小
C.对准距离与焦距大，F 数小
D. 焦距大，F 数与对准距离小
5.在球差、彗差、像散、像面弯曲、畸变、位置色差、倍率色差中，对轴上点成像产生圆形弥散斑
的有 B A. 1种 B. 2种 C. 3种 D.以上都不对
6.一个照相物镜能分辨的最靠近的两直线在感光底片上的距离为2m μ，则该照相物镜的分辨率
为： B A.2m μ B.0.5线/m μ C.50线/mm D.500线/mm
7.以下关于光学系统成像的像差，正确的描述是 B
A.轴上物点成像可能存在的像差有球差和正弦差;
B.目视光学系统一般对F 光（486.1nm ）和C 光(656.3nm)消色差
C.畸变不仅使像的形状失真，而且影响成像的清晰
D.对单正透镜通过改变其设计参数可以完全校正球差
8.棱镜产生最小偏向角的条件：光线的光路对称于折射棱镜时，折射棱镜的偏向角取得最小值。
9.费马原理：光从空间一点传输到另外一点，总是沿光程为极值的路径传播。
10.欲构成物方远心光学系统，应使孔阑位于 像方焦面上 。
11.在通常所说的七种像差中，沿轴方向度量的有 球差 、 像散 、 场曲 和位置色差 。
12.渐晕 : 视场边缘的成像光束的小于轴上成像光束的现像，称为渐晕
13.已知双平面镜的夹角为10°，一平行细光束以30°角入射，经两个平面镜反射后，出射光线与
入射光线的夹角为 10° 。
14光学系统的景深？什么应用场合需要大景深？答：<1>在景象平面上所获得的成清晰像的物空间
深度称为成像空间的景深，简称景深。
<2>要画面中从近到远的景物都是清晰的，就要用大景深.???
16.采用光学传递函数的优点有哪些？光学传递函数能全面反映光学系统的成像性质.
17.用作图法求组合系统的基点位置求物点A经过二光组后像A`的位置。
18.画出原始物经棱镜成像后在1、2、3位置的像的方向。
19.
已知一台显微镜的物镜和目镜相距100mm
，物镜焦距为8.0mm，目镜焦距为15.0mm，若物镜和目镜都可看成是薄透镜，试计算：（1）显微镜的视觉放大率是多少？（2）如果物镜把被观察物体成像于目镜前焦点附近，那么被观察物体到物镜的距离是多少？物镜的垂轴放大率β是多少？。