应用光学教案第一章

应用光学课程教案主页第1 次课应用光学课程教案主页第2 次课第二讲几何光学主要是以光线为基础、用几何的方法来研究光在介质中的传播规律及光学系统的成像特性。

内容：§1—1几何光学的基本定律具体讲述：一、光波与光线1、光波性质性质：光是一种电磁波，是横波。

可见光波，波长范围390nm—780nm光波分为两种：1)单色光波―指具有单一波长的光波；2)复色光波―由几种单色光波混合而成。

如：太阳光2、光波的传播速度ν1)与介质折射率n有关；2)与波长λ有关系。

n = c/vc为光在真空中的传播速度c＝3×10m/s；n为介质折射率。

8例题1：已知对于某一波长λ而言，其在水中的介质折射率n＝4/3，求该波长的光在水中的传播速度。

解：＝3×108/4/3＝2.25×10 m/s ncv/=83、光线：没有直径、没有体积却携有能量并具有方向性的几何线。

4、光束：同一光源发出的光线的集合。

会聚光束：所有光线实际交于一点（或其延长线交于一点）发散光束：从实际点发出。

（或其延长线通过一点）说明：会聚光束可在屏上接收到亮点，发散光束不可在屏上接收到亮点，但却可为人眼所观察。

5、波面（平面波、球面波、柱面波）平面波：由平行光形成。

平面波实际是球面波的特例，是∞→R时的球面波。

球面波：由点光源产生。

柱面波：由线光源产生。

二、几何光学的基本定律即直线传播定律、独立传播定律、折射定律、反射定律。

1、直线传播定律：在各向同性的均匀介质中，光沿直线传播（光线是直线）。

直线传播的例子是非常多的，如：日蚀，月蚀，影子等等。

2、独立传播定律：从不同光源发出的光束，以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影响，各光束独立传播。

3、反射定律：反射光线和入射光线在同一平面、且分居法线两侧，入射角和反射大小相等，符号相反。

4、折射定律：入射光线、折射光线、通过投射点的法线三者位于同一平面，图1折反定律5、全反射：1）定义：从光密介质射入到光疏介质，并且当入射角大于某值时，在二种介质的分界面上光全部返回到原介质中的现象。

一、教学目标1. 知识目标：- 理解并掌握应用光学的基本原理。

- 了解不同光学元件（如透镜、棱镜、反射镜等）的工作原理和应用。

- 熟悉光学成像的基本规律。

2. 能力目标：- 能够运用光学原理解决实际问题。

- 提高学生的实验操作能力和分析问题能力。

3. 情感目标：- 培养学生对光学现象的探究兴趣。

- 增强学生的科学素养和团队合作精神。

二、教学内容1. 应用光学基本原理2. 光学元件及其应用- 透镜：凸透镜、凹透镜- 棱镜：色散、全反射- 反射镜：凹面镜、凸面镜3. 光学成像规律- 物像关系- 成像条件- 成像性质三、教学过程（一）导入新课1. 展示生活中的光学现象，如放大镜、眼镜、望远镜等，激发学生的学习兴趣。

2. 提出问题：这些光学现象是如何产生的？它们遵循什么规律？（二）讲授新课1. 应用光学基本原理- 介绍光的传播、反射、折射等基本原理。

- 讲解光学定律，如反射定律、折射定律等。

2. 光学元件及其应用- 介绍透镜、棱镜、反射镜等光学元件的结构、工作原理和应用。

- 通过实例分析，让学生了解光学元件在实际生活中的应用。

3. 光学成像规律- 讲解物像关系、成像条件、成像性质等。

- 通过作图法演示光学成像过程，帮助学生理解成像规律。

（三）课堂练习1. 完成课后习题，巩固所学知识。

2. 进行实验操作，观察光学现象，验证所学原理。

（四）课堂小结1. 总结本节课所学内容，强调重点和难点。

2. 提出思考题，引导学生深入思考。

四、教学评价1. 课后作业完成情况2. 课堂练习及实验操作表现3. 学生对光学知识的掌握程度五、教学反思1. 课后总结教学效果，分析教学过程中的优点和不足。

2. 针对不足之处，调整教学策略，提高教学质量。

六、教学资源1. 教材2. 光学实验器材3. 网络资源七、教学时间2课时八、教学环境教室、实验室九、教学注意事项1. 注重理论联系实际，让学生了解光学知识在生活中的应用。

2. 鼓励学生积极参与课堂活动，培养学生的动手能力和创新精神。

应用光学课程设计1. 课程背景应用光学是光学科学中的一个重要分支，它研究光学原理及其应用，涉及到现代光学、量子光学、激光技术、光电子学等多个领域。

应用光学广泛应用于通信、能源、医学、环保、军事等领域，已经成为现代社会的关键技术之一。

因此，开设应用光学课程是培养光学科学及其应用领域人才的必要举措。

本文将介绍一门经过改进的应用光学课程的设计与教学实践。

2. 课程设计2.1 课程目标本课程旨在使学生：•掌握应用光学的基本原理和方法；•熟悉应用光学在通信、能源、医学、环保、军事等领域的应用；•具备应用光学解决实际问题的能力和实验研究的基本技能。

2.2 核心内容本课程包括以下核心内容：•光学基础知识与光学元件，包括光的传播、干涉、衍射、透镜、棱镜等；•应用光学的基本原理，包括应用光学的基础原理、激光技术原理、光子学、光电子学原理等；•应用光学技术与应用，包括光学仪器、光通信、光存储、激光加工、光学显微镜、光学遥感等。

2.3 教学方法为了提高学生的学习兴趣和学习效果，本课程采用了多种教学方法，包括：•理论讲授。

课程将采用讲授大纲和ppt等教学材料，形成形象生动的理论讲解。

•实验教学。

本课程还设置了实验环节，让学生直接参与实验和各种项目设计，从而巩固知识并增加实践经验。

•组织学习小组。

课程将以小组形式让学生合作探讨学习问题，改善学生之间的互动关系。

2.4 课程评估为了提高学生的学习效果，课程需考核，分布式考核将由大作业、课堂发言、短笔记等方式来实现。

•大作业占比40%，课程最后等级评定中，占50%；•课堂发言占比20%，课程最后等级评定中，占25%；•短笔记占比10%，课程最后等级评定中，占25%。

3. 教学实践本课程采用以上设计且经实践检验，取得了良好的教学效果和教学评价。

学生都积极参与了相关实验研究并可能得到较高的成绩和评价评级。

4. 结论应用光学作为一门综合性强的技术科学，其课程设计需要设计到相关的理论知识、实验操作等方面。

第一章 几何光学的基本定律§ 1-1 发光点、波面、光线、光束 返回本章要点 发光点 ---- 本身发光或被照明的物点。

既无大小又无体积但能辐射能量的几何点。

对于光学系统来说， 把一个物体看成由许多物点组成，把这些物点都看成几何点 ( 发光点 ) 。

把不论多大的物体均看作许多 几何点组成。

研究每一个几何点的成像。

进而得到物体的成像规律。

当然这种点是不存在的，是简化了的概念。

一个实际的光源总有一定大小才能携带能量，但在计算时，一 个光源按其大小与作用距离相比很小便可认为是几何点。

今后如需回到光的本质的讨论将特别指出。

波面 --- 发光点在某一时刻发出的光形成波面 如果周围是各向同性均匀介质，将形成以发光点为中心的球面波或平面波 第二章 球面和球面系统§ 2-1 什么是球面系统？由球面组成的系统称为球面系统。

包括折射球面和反射球面反射面：n ' =-n.平面是半径为无穷大的球面，故讨论球面系统具有普遍意义折射系统折反系统§ 2-2 概念与符号规则•概念① 子午平面 —— 包含光轴的平面② 截距：物方截距 —— 物方光线与光轴的交点到顶点的距离像方截距 —— 像方光线与光轴的交点到顶点的距离③ 倾斜角：物方倾斜角 —— 物方光线与光轴的夹角像方倾斜角 —— 像方光线与光轴的夹角返回本章要点•符号规则返回本章要点因为分界面有左右、球面有凹凸、交点可能在光轴上或下，为使推导的公式具有普遍性，参量具有确切意 义，规定下列规则：a. 光线传播方向：从左向右b. 线段：沿轴线段 ( L,L',r ) 以顶点 O 为基准，左“ - ”右“ + ” 垂轴线段 ( h ) 以光轴为准，上“ + ”下“ - ” 间隔 d(O1O2) 以前一个面为基准，左“ - ”右“ + ” c. 角度：光轴与光线组成角度 ( U,U' ) 以光轴为起始边，以锐角方向转到光线，顺时针“ + ”逆时针“ - ”光线与法线组成角度 ( I,I' ) 以光线为起始边，以锐角方向转到法线，顺“ + ”逆“ - ”光轴与法线组成角度 ( φ ) 以光轴为起始边，以锐角方向转到法线，顺“ + ”逆“ - ”§ 2-3 折射球面返回本章要点•由折射球面的入射光线求出射光线已知： r, n, n',L, U 求： L', U'，由 以上几个公式可得出 L' 是 U 的 函数这一结论， 不同 U 的光线经 折射后不能相交于一点点－》斑，不完善成像•近轴光线经折射球面折射并成像.1 ．近轴光线：与光轴很靠近的光线，即 -U 很小 ， sin(-U) ≈ -U ，此时用小写：sin(-U)= - usinI=iL=l 返回本章要点近轴光线所在的区域叫近轴区2 ．对近轴光，已知入射光线求折射球面的出射光线：即由 l , u —> l ',u' , 以上公式组变为：当 u 改变时， l ' 不变！点 —— 》点，完善成像 此时 A ， A' 互为物像，称共轭点近轴光所成像称为高斯像，仅考虑近轴光的光学叫高斯光学返回本章要点近轴光线经折射球面计算的其他形式（为计算方便，根据不同情况可使用不同公式）利用：可导出返回本章要点4 ．（近轴区）折射球面的光焦度，焦点和焦距可见，当（ n'-n )/r 一定时， l ' 仅与 l 有关。

应用光学课程设计
应用光学是一门旨在培养学生对光学原理及其在实际应用中的
应用能力的学科。

本课程旨在介绍光学的基本概念、原理和应用，深入了解光学系统的设计、测量和控制，以及光学器件和系统的应用。

通过本课程的学习，学生可以掌握光学的基本理论和实际应用，从而为未来的工作和学习打下坚实的基础。

课程目标：
1. 掌握光学的基本概念、原理和应用；
2. 熟悉光学器件和系统的设计、测量和控制；
3. 了解光学技术在各个领域的应用，如通信、医学、工业等；
4. 培养学生的实验能力和问题解决能力。

课程大纲：
第一节：光学基础知识
1. 光的本质和光的传播
2. 光的干涉和衍射
3. 光的偏振和旋转
第二节：光的测量和控制
1. 光学测量的基本原理
2. 光的调制和控制
3. 光的成像和显示
第三节：光学器件和系统
1. 光学器件的分类和特性
2. 光学系统的设计和优化
3. 光学系统的测量和校准
第四节：光学应用
1. 光学在通信领域的应用
2. 光学在医学领域的应用
3. 光学在工业领域的应用
第五节：实验
1. 光学基础实验
2. 光学器件和系统实验
3. 光学应用实验
评估方式：
1. 平时成绩（参与度、作业、课堂表现等）占20%；
2. 期中考试占30%；
3. 期末考试占50%。

参考教材：
1. 《应用光学》（第四版），江苏教育出版社；
2. 《现代光学》（第六版），高等教育出版社；
3. 《光学基础》（第二版），电子工业出版社。