工程光学

光学工程

光学工程专业

是一门历史悠久而又年轻的学科。它的发展表征着人类文明的进程。它的理论基础——光学，作为物理学的主干学科经历了漫长而曲折的发展道路，铸造了几何光学、波动光学、量子光学及非线性光学，揭示了光的产生和传播的规律和与物质相互作用的关系。

六十年代初第一台激光器的问世，实现了高亮度和高时一空相干度的光源，使光子不仅成为了信息的相干载体而且成为了能量的有效载体，随着激光技术和光电子技术的崛起，光学工程已发展为光学为主的，并与信息科学、能源科学、材料科学、生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及微电子技术等学科紧密交叉和相互渗透的学科。

主要课程

光学设计，激光原理和技术，导波光学，薄膜光学，光学材料与工艺，辐射度学和色度学，傅里叶光学，光学信息处理，非线性光学，量子光学，光通讯原理，计量、检测和传感技术，光学计量与测试。

就业前景

近些年来，在一些重要的领域，信息载体正在由电磁波段扩展到光波段，从而使现代光学产业的主体集中在光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。 这些产业一般具有数字化、集成化和微结构化等技术特征。在传统的光学系统经不断地智能化和自动化，从而仍然能够发挥重要作用的同时，对集传感、处理和执行功能于一体的微光学系统的研究和开拓光子在信息科学中作用的研究，将成为今后光学工程学科的重要发展方向。

有专业人士把光学工程分为两类，一类从横向看，光学工程可以选择的研究所好公司相对来讲还是比较少 的，就业面要窄一些，相比之下就远不如机械、电子等专业好就业。从纵向来看，以上几大类型的专业的就业面，相对来讲都差不多，就业前景以及就业面都比较好。

就业方向

1.光电成像器件及宽束电子光学：主要从事各种光电成像器件的原理与技术、设计、检测及应用技术，宽束电子光学系统及设计等方面的研究工作。

2.虚拟现实与增强现实技术：主要从事虚拟现实与增强现实算法、技术、系统，及其在各领域的应用等方面的研究工作。

工程光学知识点

工程光学是光学技术在工程领域中的应用，涵盖了光学原理、光学器件、光学系统设计等方面的知识。在工程光学中，有许多重要的知识点值得我们深入学习和了解，下面将介绍几个常见的工程光学知识点。

一、光学原理

1. 光的传播方式：工程光学中，常见的光的传播方式有直线传播和弯曲传播。直线传播即光沿着直线路径传播，弯曲传播即光在介质之间发生折射和反射而改变传播方向。

2. 光的干涉与衍射：当光通过两个或多个光学器件时，会发生干涉和衍射现象。干涉是指两束或多束光相互叠加而形成明暗相间的条纹，衍射是指光通过孔径或障碍物后发生的弯曲现象。

3. 光的色散：光的色散是指光在通过介质时，由于介质的折射率与波长有关而引起的不同波长光的折射角度不同的现象。常见的光的色散包括色差和色散角。

二、光学器件

1. 透镜：透镜是一种常见的光学器件，用于调整光线的传播方向和聚焦。根据透镜的形状和功能，可以分为凸透镜和凹透镜。透镜广泛应用于相机、显微镜、望远镜等光学设备中。 2. 棱镜：棱镜是一种光学器件，能够将光分解成不同颜色的光谱，或将光合成成白光。棱镜广泛应用于光谱仪、激光器等仪器和设备中。

3. 光学纤维：光学纤维是一种用于光信号传输的光学器件，由高折射率的纤维芯和低折射率的包层构成。光学纤维在通信、医疗等领域具有广泛的应用。

三、光学系统设计

1. 光路设计：光路设计是指根据具体应用需求，设计出适合的光学系统结构和光路布局。在光路设计中，需要考虑光的传播特性、光学器件的选取和配置、光的聚焦和收集等因素。

2. 光学系统的成像性能：光学系统的成像性能是评价一个光学系统好坏的重要指标。常见的成像性能指标包括像差、分辨率、畸变等。

3. 光学系统的光线追迹：光线追迹是通过模拟光线在光学系统中的传播轨迹来分析和优化光学系统的性能。光线追迹可以通过光线追迹软件进行，以实现对光学系统的有针对性的设计和改进。

四、应用领域

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第二章 理想光学系统

1、一个折射率为1.52的双凸薄透镜，其中一个折射面的曲率半径是另一个折射面的2倍，且其焦距为5cm，则这两个折射面的曲率半径分别是〔7.8〕cm和〔-3.9〕cm。

2、一个薄透镜折射率为1.5，光焦度500D。将它浸入某液体，光焦度变成-1.00D，则此液体的折射率为〔1.502〕。

3、反远距型光组由〔一个负透镜和一个正透镜〕组成，其特点是〔工作距大于组合焦距〕。

4、 远摄型光组由一个〔正透镜〕和一个〔负透镜〕组成，其主要特点是〔焦距大于筒长〕，因此该组合系统常用在〔长焦距镜头〕的设计中。

第三章 平面与平面系统

1、反射棱镜在光学系统中的主要作用有〔折叠光路〕、〔转折光路〕和转像、倒像等，在光路中可等效为平行平板加〔平面反射镜〕。

2、某种波长的光入射到顶角为60°的折射棱镜，测得最小偏向角为42°15′，则该种玻璃对于入射波长的折射率为〔1.557〕。

3、唯一能完善成像的光学元器件是〔平面反射镜〕，利用其旋转特性可制作光学杠杆进行放大测量；利用双光楔也可以实现〔微小角度和微小位移〕的测量，主要有〔双光楔旋转测微〕和〔双光楔移动测微〕两种形式。

4、用于制作光学元件的光学材料包括光学玻璃，〔光学晶体〕和〔光学塑料〕三类。选用光学玻璃时的两个重要参数是〔折射率〕和〔阿贝常数〕。

5、一个右手坐标的虚物，经一个直角屋脊棱镜反射后，成〔右手〕坐标的〔虚〕像。

第四章 光学系统中的光束限制

1、限制轴上物点成像光束宽度的光阑是〔孔径光阑〕，而〔渐晕光阑〕在其基础上进一步限制轴外物点的成像光束宽度。

2、为减少测量误差，测量仪器一般采用〔物方远心〕光路。

3、测量显微镜的孔径光阑放置在〔物镜后焦平面上〕，视场光阑放置在〔一次实像面处〕，如果用1/2″的CCD接收图像并用14″的监视器观察图像，要求系统放大倍率为140倍，则显微镜的放大倍率是〔5倍〕。

第五章 光线的光路计算及像差理论

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二、简答题

1、一束在空气中波长为589.3nm的钠黄光，从空气进入水中时，它的波长将变为多少？在水中观察这束光时，其颜色会改变吗？

答：根据光在媒质中的波长nn，则钠黄光在水中的波长为

nmn44233.13.589

光的颜色是由光波的频率决定，在不同的媒质中，光的频率不变，所以在水中观察这束光，其颜色不变，仍然是黄色。

2、简述进行光路计算时的符号规则：

答：

（1）沿轴线段（如L、L' 和r ）：规定光线的传播方向自左向右为正方向。

（2）垂轴线段：以光轴为基准，在光轴以上的为正，在光轴以下的为负。

（3）光线与光轴的夹角（如U、U'）：由光轴转向光线所形成的锐角度量，顺时针为正，逆时针为负。

（4）光线与法线的夹角：由光线以锐角方向转向法线，顺时针为正，逆时针为负。

（5）光轴与法线夹角:由光轴以锐角方向转向法线，顺时针为正，逆时针为负。

（6）想领两折射面间隔：由前一面的顶点到后一面的顶点，顺光线方向为正，逆光线方向为负。

3、同一物体经针孔或平面镜所成的像有何不同？

答：由反射定律可知，平面镜的物和像是关于镜面对称的。坐标由右旋坐标系变为像的左旋坐标系，因此像和物左右互易上下并不颠倒。即物体经平面镜生成等大、正立的虚像。

物体经针孔成像时，物点和像点之间相对与针孔对称。右旋坐标系惊针孔所成的像仍为右旋坐标系，因此像和物上下左右都是互易的，而且像的大小与针孔到接受屏的距离有关，即物体经针孔生成倒立的实像。

4、简述共轴理想光学系统所成像的性质。

答：

（1）位于光轴上的物点对应的共轭像点也必然位于广州上；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。

（2）垂直于光轴的平面物所成的共轭平面像的几何形状完全与物相似，也就是说在整个物平面上无论哪一部分，物和像的大小比例等于常数。

（3）一个共轴理想光学系统，如果已知两对共轭面的位置和放大率，或者一对共轭面的位置和放大率，以及轴上的两对共轭点的位置，则其他一切物点的像点都可以根据这些已知的共轭面和共轭点来表示。