《工程光学》课程教学大纲 Engineering Optics

《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：ZH37096 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：64：实验学时：18 8、课程学分：教学学分：3：实验学分：0.5 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 工程光学是测控技术与仪器专业本科生专业核心课，是机械电子工程专业本科生的指定 选修课，课程共十三章，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、球面 系统的成像理论、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、光波的衍射和衍射光栅、光的偏振及其在晶体中的传播、现代光学基础。 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，注重工程实际应用，通过本课程的学习可较全面学 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：培养学生在攀握经典光学理论的基础上，对现代光学系统原理及成 像特性有更清楚认识，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

《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：ZH37096 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：64；实验学时：18 8、 课程学分：教学学分：3；实验学分：0.5 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 工程光学是测控技术与仪器专业本科生专业核心课，是机械电子工程专业本科生的指定 选修课，课程共十三章，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、球面 系统的成像理论、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、光波的衍射和衍射光栅、光的偏振及其在晶体中的传播、现代光学基础。 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，注重工程实际应用，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 像特性有更清楚认识，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，塑远镜，目镜，摄影与投影系统，系统的外形尺寸 计算。 第八意： 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

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 章节 学时 几何光学基本定律与成像概念 4 理想光学系统 6 平面与平面系统 4 光学系统中的光束限制 6 光度学与色度学基础 3 光线的光路及像差理论 4 典型光学系统 7 现代光学系统 4 光学系统的像质评价和像差公差 4 课堂讨论及习题讲解 4 光的电磁理论基础 4 光的干涉和干涉系统 5 光的衍射 5 光的偏振和晶体光学基础 4 合计 64 五、教学方法 利用传统板书、PPT、动画、视频等多教学手段相结合，采用启发式、探究式、合作式、“基 于问题”式的教学方式，采用习题、课堂讨论、实验实践、课后网络联系等手段提高教学效 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： 马科斯·玻恩，光学原理，电子工业出版社 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

四、建议的学时分配 章 节 学时 几何光学基本定律与成像概念 4 理想光学系统 6 平面与平面系统 4 光学系统中的光束限制 6 光度学与色度学基础 3 光线的光路及像差理论 4 典型光学系统 7 现代光学系统 4 光学系统的像质评价和像差公差 4 课堂讨论及习题讲解 4 光的电磁理论基础 4 光的干涉和干涉系统 5 光的衍射 5 光的偏振和晶体光学基础 4 合 计 64 五、教学方法 利用传统板书、PPT、动画、视频等多教学手段相结合，采用启发式、探究式、合作式、“基 于问题”式的教学方式，采用习题、课堂讨论、实验实践、课后网络联系等手段提高教学效 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； 马科斯·玻恩，光学原理，电子工业出版社 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