工程光学教学大纲

《工程光学》课程教学大纲

一、课程基本信息

1、课程中文名称：工程光学

2、课程英文名称：Engineering Optics

3、课程编号：

4、课程类别：专业必修课

5、选课对象：测控技术与仪器专业

6、开课学期：第5学期

7、课程学时：教学总学时：54；实验学时：12

8、课程学分：教学学分：3；实验学分：1

9、先修课程：普通物理、高等数学、工程数学

二、课程性质,目的与任务

工程光学是自动化测试与控制专业本科生必修课，是机械电子工程专业本科生的指定选修课，课程共十四章，上篇几何光学系统地介绍了几何光学的基本定律与成像理论、理想光学系统的光学参数与成像特性、平面与平面镜成像系统、光学系统中的成像光束限制、光度学的基本原理、光学系统的光线光路计算和像差基本理论、典型光学系统和现代光学系统的成像特性和设计要求。下篇物理光学详细地阐述了光的电磁性质、光在各向同性介质界面上的传播规律和光波的叠加与分析、光波的干涉和典型干涉装置与应用、光波的衍射和付里叶光学的基本原理、光的偏振及其在晶体中的传播、光的量子性和激光、光纤。

目的和任务：通过教学和实验要求学生掌握几何光学的基本定律、高斯光学原理；学会应用光线追迹方法进行光路分析及像差计算；掌握典型光学系统(放大镜,显微镜,望远镜,摄像/投影)的特性；掌握现代光学有关知识(傅里叶变换光学，激光光学，光纤光学，扫描光学及光电光学等)；掌握平行平板的双光束干涉和多光束干涉；掌握光波的单缝衍射、双缝衍射及多缝衍射的特点；了解光在不同介质表面的反射和折射规律（金属、透明介质及晶体）。本课程在注重论述光学基本原理的同时，结合工程实际,通过本课程的学习可较全面掌握光学基本理论和实际应用技术，使学生在学习过程中掌握工程光学的基本理论、计算，学会分析、设计光学系统；培养学生在掌握经典光学理论的基础上，对现代光学系统原理及成像特性有更进上步识，为进一步研究开发光学测试仪器打下基础。

三、主要教学内容

第一章：

几何光学基本定律与成像概念：几何光学基本定律，成像的基本概念，光路计算与近轴成像，球面光学成像系统。

第二章：

理想光学系统：理想光学系统与共线成像理论，基点与基面，物像关系，放大率，光学系统的组合，透镜。

第三章：

平面与平面系统：平面镜成像，平行平板，反射棱镜，折射棱镜与光楔。

第四章：

光学系统中的光束限制：照相系统和光阑，望远镜系统中的成像光束的选择，显微镜光束限制与分析，光学系统景深。

第五章：

光度学与色度学基础：辐射量与光度量，光传播中光学量的变化规律，成像系统像面光照度，色度学知识。

第六章：

光线的光路及像差理论：光线光路计算，球差，彗差，像散和场曲，畸变，色差，波像差。第七章：

典型光学系统：眼睛，放大镜，显微镜，望远镜，目镜，摄影与投影系统，系统的外形尺寸计算。

第八章：

现代光学系统：激光光学系统，傅里叶光学系统，扫描光学系统，光纤光学系统，光电光学系统。

第九章：

光学系统的像质评价和像差公差：瑞利判断和中心点亮度，分辨率，点列图，光学传递函数，光学系统的像差公差。

第十章：

光的电磁理论基础：光的电磁性质及在介质分界面上的反射和折射，在金属表面的反射和透射；光波的叠加。

第十一章：

光的干涉和干涉系统：光波干涉条件，平行平板的双光束干涉和多光束干涉，干涉条纹的可见度。

第十二章：

光的衍射：典型孔径的夫琅和费衍射，多缝的夫琅和费衍射，衍射光栅。

第十三章：

光的偏振和晶体光学基础：偏振光概述，光在晶体中的传播，晶体光学性质，光在晶体表面的折射和反射，晶体偏振器件。

四、建议的学时分配

五、教学方法

利用多媒体教学和传统板书相结合的教学方式，采用习题、课堂讨论及实验实践等手段提高教学效果。

六、考试考核及成绩评定办法

考核方式：闭卷笔试

成绩评定：平时成绩30%；卷面成绩70%。

七、教材及参考书

选用教材：郁道银等编著，工程光学，机械工业出版社。

主要参考书：张以谟，应用光学，机械工业出版社；

袁旭沧，应用光学，国防工业出版社；

王之江，光学设计理论基础，科学出版社；

顾培森，应用光学例题与习题集，机械工业出版社。