《应用光学》课程导学

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。

《应用光学》课程教学大纲二、课程简介本课程为电子科学与技术专业光电子方向极其重要的专业核心基础课，为后续相关专业课程的学习打下了必备的理论基础，同时本课程的知识也本专业学生日后从事专业工作所常用的。

本课程包括几何光学、典型光学系统和像差理论三大部分，为学习后继相关课程和独立解决实际工作问题打下必要的基础。

几何光学部分以理想（高斯）光学理论为核心内容，包括了光线光学的基本概念与成像理论、球面和平面光学系统及其成像原理、理想光学系统原理、光能和光束限制等基础内容；典型光学系统部分包括了眼睛、显微镜与照明系统、望远镜与转像系统、摄影光学系统和投影光学系统等成像原理、光束限制、放大倍率计算；像差理论详细叙述了光学系统的轴上点像差、轴外点像差和色差的形成原因、概念、现象、基本计算、典型结构的像差特征和校正像差的基本方法。

三、课程教学总体目标1、掌握理想（高斯）光学的基本理论；2、掌握典型光学系统的基本原理及理论计算；3、理解像差理论并掌握像差的基本计算；4、了解典型结构的像差特征和校正像差的基本方法。

四、理论教学内容及要求第一章几何光学基本定律与成像概念【教学目标】（1）理解费马原理、马吕斯定律（2）掌握几何光学的基本定律、实际及近轴光线的光路计算和球面光学系统的成像规律【学时分配】6学时【授课方式】以讲授为主，演示、课堂讨论为辅，批改完作业后讲解习题【授课内容】第一章几何光学基本定律与成像概念第一节几何光学的基本定律知识要点：发光点、波面、光线、光束、光的直线传播定律、光的独立传播定律、反射定律和折射定律、全反射及临界角、光程与极端光程定律（费马原理）、马吕斯定律。

第二节成像的基本概念与完善成像条件知识要点：实物（像）点、虚物（像）点、实物（像）空间、虚物（像）空间、完善成像条件。

第三节光路计算与近轴光学系统知识要点：光轴、顶点、共轴光学系统、符号规则、实际及近轴光线的光路计算第四节球面光学成像系统知识要点：单个折射球面成像特征、拉氏不变量、理想光学系统的垂轴放大率、沿轴放大率和角放大率及其关系。

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。

附件一：理论课程（含实验理论课程）教学大纲基本格式《应用光学》课程教学大纲课程名称：应用光学课程编码：0230021英文名称：Applied Optics学时：64 其中实验学时：16 学分： 3.5开课学期：第五学期适用专业：光电信息工程测控技术与仪器信息对抗技术探测制导与控制工程课程类别：必修课程性质：专业基础课先修课程：高等数学教材：工程光学天津大学机械工业出版社一、课程性质及任务本课程主要探讨的是几何光学的基本知识，研究的是光的传播和成像规律，典型光学系统的工作原理、光学特性，像差理论的部分内容。

它是仪器科学与技术、光电信息工程等专业的必修专业基础课程。

通过本课程的学习，能够为其它光学后续课程，诸如：光学测量、光学设计等打下良好的基础，也为学生更好的掌握光学总体设计方法、从事简单的光学系统的设计起到非常重要的作用，通过本课程的学习能够培养学生具有在生产及科研实践中理解、分析及解决问题的能力。

二、课程的教学要求（一）几何光学基本定律与成像概念9学时1．几何光学的基本定律掌握：(1)光波与光线的概念，(2)几何光学基本定律,(3)费马原理,(4)马吕斯定律；理解：光的根本属性及其传播规律现象等；了解：了解全反射的特点，并能够利用全反射的特点及规律解释一些常见的现象。

2．成像的基本概念与完善成像条件掌握：(1)光学系统与成像的概念，(2)完善成像的条件,(3)物像的虚实；了解：完善成像的定义与条件。

3．光学计算与近轴光学系统掌握：(1)基本概念与符号规则，(2)实际光线的光路计算,(3)近轴光线的光路计算。

理解：实际光线与近轴光线在光路计算中的区别及结果的差异。

了解：符号规则对所涉及的光学系统的作用；4．球面光学成像系统掌握：(1)单个折射面成像，(2)球面反射镜成像，(3)共轴球面系统。

理解：(1)垂轴放大率、轴向放大率及角放大率之间的区别与联系，(2)折射面成像与反射面成像之间的联系。

了解：如何能够利用相应的公式计算光学系统的物像位置关系及放大率。

A
可以解释光的直线传播、反射、折射定律。
6. 马吕斯定律（波面与光束、波面与光程的关系） 垂直于波面的光线经过任意次折射、反射，出射波面 仍与出射光束垂直，且入射波面与出射波面对应点之间 光程相同。
入射球面波上三点 A、B、C，出射球面波对应三点 A ' 、B ' 、 C ' ，则根据马吕斯定律有： 费马原理 马吕斯定律 光的直线传播定律 光的反、折射定律
r
不要中间变量，物方参数与像方参数是否有简单的数值关系？
n
I
E I′ φ
n′
h
五、 常用推导公式
A
-U O
U′ C A′
lu h l u 物象方的截距与孔径角之积不变 -L h / r u i u 'i' ni n' i'
r L′
n(h / r h / l ) n' (h / r h / l ' )
4. 物和像都是相对某一系统而言的，前一系统的像则是后一系 统的物。物空间和像空间不仅一一对应，而且根据光的可逆性， 若将物点移到像点位置，使光沿反方向入射光学系统，则像在原 来物点上。这样一对相应的点称为“共轭点”。
思考：下图中各物（像）点位于哪个空间？是实的还是虚的？
n
I
E I′ φ
n′
h
第二章 球面与共轴球面系统
说明：α ≠β ，轴向和垂轴不具放大相似性 α > 0，物象沿轴向同向移动。
l1 n l1 l 2 n l2 1 2 l 2 l1 n l1l 2 n
推导P22
3. 角放大率：共轭光线与光轴的夹角u′和u的比值
u l n 1 u l n n 2 n 1 a 4. 三者关系： n n

《应用光学》课程导学一、课程构成及学分要求《应用光学》课程主要由三部分构成：48（64）学时的理论教学（3或4学分）、16学时的实验教学（0.5学分）、为期二周的课程设计（2学分）。

二、学生应具备的前期基本知识在学习本门课程之前学生应具备前期基本知识：物理光学、大学物理、高等数学、平面几何、立体几何等课程的相关知识。

三、学习方法1．课前预习、课后复习；2．独立认真完成课后作业；3．课堂注意听讲，及时记录课堂笔记；4．在教材基础上，参看多本辅助教材及习题集。

四、课程学习的主要目标1．掌握经典的几何光学的理论内容；2．了解部分像差理论的基本思想；3．掌握典型的光学系统的基本原理及设计方法。

五、授课对象课程适用于光电信息工程专业、测控技术与仪器专业、生物医学工程专业、信息对抗技术专业、探测制导与控制技术专业及其相近专业等，课程面向大学本科学生第五学期开设。

六、教学内容及组织形式1、理论课程教学内容《应用光学》课程理论教学内容共计48学时，其内容主要由三部分构成：几何光学、像差理论、光学系统。

（1）几何光学应用光学既是一门理论学科又是一门应用性学科，其研究对像是光。

从本质上讲光是电磁波，光的传播就是波面的传播。

但仅用波面的观点来讨论光经透镜或光学系统时的传播规律和成像问题将会造成计算和处理上的很大困难。

但如果把光源或物体看成是由许多点构成，并把这种点发出的光抽象成像几何线一样的光线，则只要按照光线的传播来研究点经光学系统的成像问题就会变得简单而实用。

我们将这种撇开光的波动本质，仅以光的粒子性为基础来研究光的传播和成像问题的光学学科分支称为几何光学。

几何光学仅仅是一种对真实情况的近似处理方法，尽管如此，按此方法所解决的有关光学系统的成像、计算、设计等方面的光学技术问题在大多数场合下与实际情况相符，故几何光学有很大的实用意义。

几何光学共由以下五章构成：几何光学基本定律与成像概念、理想光学系统、平面与平面系统、光学系统中的光束限制、光度学基础理论。

种性质更加突出。——波粒二象性 • 一般情况下，把光作为电磁波看待，称为“光波”
λ
第六页，讲稿共五十七页哦
第1节 光波和光线
三、光的特性
• 光的本质是电磁波
• 光的传播实际上是波动的传播 • 物理光学
研究光的本性，并由此来研究各种光学现象
• 几何光学 不考虑光的本性，研究光的传播规律和传播现象
第七页，讲稿共五十七页哦
v2
v
第十八页，讲稿共五十七页哦
第3节 折射率与光速
四、用绝对折射率表示折射定律
• 折射定律：
sin I 1 n1, 2 sin I 2
• 相对折射率与绝对折射率的关系：
n1, 2 n 2 n1
• 所以， sin I 1 n 2 sin I 2 n1
•或
n 1 sinI1 n 2sinI2
第十九页，讲稿共五十七页哦
• 三、透镜
• 透镜的作用——成像
– 正透镜成像：中心比边缘厚，光束中心走的慢，边缘走的快—— 成实像。
– 负透镜成像：边缘比中心厚，光束中心走的快，边缘走的慢—— 成虚像。
PP’AQ源自Q’P’ PA’
A A’
Q Q’
第二十八页，讲稿共五十七页哦
第6节 光学系统类别和成像的概念
四、成像的概念
• 像：出射光线的交点 – 实像点：出射光线的实际交点
同心光束
平行光束
像散光束
第十二页，讲稿共五十七页哦
第2节 几何光学基本定律
一、光的传播现象分类
• 光的传播可以分为两类：
– 光在同一种均匀透明介质中传播：
直线传播定律
– 光在两种均匀介质分界面上传播：
➢ 反射定律，折射定律
A

光的直线传播图例
当两束或多束光在空间相遇时，各光线的传播不会受其它光线的影响。
例如：光束相交处的光强是一种简单的叠加，探照灯。
2．的独立传播定律
3．光的折射定律和反射定律
当一束光线由折射率为n的介质射向折射率为n′的介质时，在分界面上，一部分光线将被反射，另一部分光线将被折射，反射光线和折射光线的传播方向将遵循反射定律和折射定律。
全反射现象
TEXT
TEXT
TEXT
返 回
全反射的应用举例
全反射棱镜
全反射的应用举例
（2）光纤的全反射传光
全反射光纤
返 回
费马原理与几何光学的基本定律一样，也是描述光线传播规律的基本理论。
它以光程的观点描述光传播的规律，涵盖了光的直线传播和光的折、反射规律，具有更普遍的意义。
根据物理学，光在介质中走过的几何路程与该介质折射率的乘积定义为光程。设介质的折射率为n，光在介质中走过的几何路程为l，则光程s表示为
返 回
几何光学的基本定律决定了光线在一般情况下的传播方式，也是我们研究光学系统成像规律以及进行光学系统设计的理论依据。
几何光学的基本定律有三大定律：
二、几何光学的基本定律
的直线传播定律
各向同性的均匀介质中，光沿着直线传播。 用光的直线传播定律可以解释日蚀、月蚀等自然现象，也可以解释光照射物体时为什么会出现影子等类似问题，小孔成像就是利用了光的直线传播定律。
虚物和虚像
物方光线延长线交点
像方光线反像延长线交点
B’
A
返 回
物空间：即物体所在的空间；实物所在的空间为实物空间，虚物所在空间为虚物空间，无论实物空间还是虚物空间都使用实物空间介质的折射率。
像空间：即像所在的空间；实像所在的空间为实像空间，虚像所在空间为虚像空间，无论实像空间还是虚像空间都使用实像空间介质的折射率。

课程名称：应用光学授课班级：XX级XX班授课时间：XX课时教学目标：1. 知识目标：（1）使学生掌握应用光学的基本原理和基本概念。

（2）使学生了解光学仪器的工作原理和应用。

（3）使学生具备分析光学问题、解决实际问题的能力。

2. 能力目标：（1）培养学生运用光学原理解决实际问题的能力。

（2）提高学生的实验操作技能和数据分析能力。

（3）培养学生创新思维和团队合作精神。

3. 情感目标：（1）激发学生对光学知识的兴趣，培养学生对科学探索的热情。

（2）培养学生严谨的科学态度和求实的精神。

教学内容：1. 光的传播与折射2. 光的反射与全反射3. 透镜与光学系统4. 光学仪器5. 光的干涉与衍射6. 光谱分析7. 光学信息处理教学过程：一、导入1. 通过生活中的实例，如眼镜、放大镜等，引导学生关注光学现象。

2. 提出问题：光学现象背后的原理是什么？如何应用光学知识解决实际问题？二、新课讲授1. 光的传播与折射- 讲解光的传播规律，介绍折射定律。

- 通过实验演示，使学生观察光的折射现象。

2. 光的反射与全反射- 讲解光的反射规律，介绍全反射现象。

- 通过实验演示，使学生观察光的反射现象。

3. 透镜与光学系统- 讲解透镜的类型和成像规律。

- 通过实验演示，使学生了解透镜成像原理。

4. 光学仪器- 介绍显微镜、望远镜等光学仪器的原理和应用。

- 通过实物展示，使学生了解光学仪器的构造和功能。

5. 光的干涉与衍射- 讲解光的干涉和衍射现象。

- 通过实验演示，使学生观察光的干涉和衍射现象。

6. 光谱分析- 讲解光谱分析的基本原理和应用。

- 通过实验演示，使学生了解光谱分析的过程。

7. 光学信息处理- 介绍光学信息处理的基本原理和应用。

- 通过实验演示，使学生了解光学信息处理的方法。

三、课堂练习1. 课后布置相关习题，巩固所学知识。

2. 组织学生进行小组讨论，分析实际问题，提高解决问题的能力。

四、课堂小结1. 回顾本节课所学内容，强调重点和难点。

《应用光学》课程导学一、课程构成及学分要求《应用光学》课程主要由三部分构成：48（64）学时的理论教学（3或4学分）、16学时的实验教学（0.5学分）、为期二周的课程设计（2学分）。

二、学生应具备的前期基本知识在学习本门课程之前学生应具备前期基本知识：物理光学、大学物理、高等数学、平面几何、立体几何等课程的相关知识。

三、学习方法1．课前预习、课后复习；2．独立认真完成课后作业；3．课堂注意听讲，及时记录课堂笔记；4．在教材基础上，参看多本辅助教材及习题集。

四、课程学习的主要目标1．掌握经典的几何光学的理论内容；2．了解部分像差理论的基本思想；3．掌握典型的光学系统的基本原理及设计方法。

五、授课对象课程适用于光电信息工程专业、测控技术与仪器专业、生物医学工程专业、信息对抗技术专业、探测制导与控制技术专业及其相近专业等，课程面向大学本科学生第五学期开设。

六、教学内容及组织形式1、理论课程教学内容《应用光学》课程理论教学内容共计48学时，其内容主要由三部分构成：几何光学、像差理论、光学系统。

（1）几何光学应用光学既是一门理论学科又是一门应用性学科，其研究对像是光。

从本质上讲光是电磁波，光的传播就是波面的传播。

但仅用波面的观点来讨论光经透镜或光学系统时的传播规律和成像问题将会造成计算和处理上的很大困难。

但如果把光源或物体看成是由许多点构成，并把这种点发出的光抽象成像几何线一样的光线，则只要按照光线的传播来研究点经光学系统的成像问题就会变得简单而实用。

我们将这种撇开光的波动本质，仅以光的粒子性为基础来研究光的传播和成像问题的光学学科分支称为几何光学。

几何光学仅仅是一种对真实情况的近似处理方法，尽管如此，按此方法所解决的有关光学系统的成像、计算、设计等方面的光学技术问题在大多数场合下与实际情况相符，故几何光学有很大的实用意义。

几何光学共由以下五章构成：几何光学基本定律与成像概念、理想光学系统、平面与平面系统、光学系统中的光束限制、光度学基础理论。

课程名称：应用光学授课教师：[教师姓名]授课班级：[班级名称]授课时间：[具体日期]教学目标：1. 知识目标：- 理解和应用光学的基本原理，如光的直线传播、反射、折射、衍射和干涉等。

- 掌握光学元件（如透镜、棱镜、反射镜等）的工作原理和特性。

- 了解光学在日常生活、工业生产和科学研究中的应用。

2. 能力目标：- 能够分析和解决简单的光学问题。

- 培养学生的实验操作能力和数据分析能力。

3. 情感目标：- 激发学生对光学领域的兴趣和好奇心。

- 培养学生的科学探究精神和团队合作意识。

教学内容：1. 光的基本性质2. 透镜和反射镜3. 光的干涉和衍射4. 光学仪器和系统5. 光学在生活中的应用教学过程：一、导入新课（5分钟）- 通过提问或展示光学现象图片，激发学生对光学的好奇心。

- 简要回顾光学的基本概念，如光的直线传播、反射、折射等。

二、讲授新课（40分钟）1. 光的基本性质（10分钟）- 光的直线传播- 光的反射和折射- 光的色散2. 透镜和反射镜（15分钟）- 凸透镜和凹透镜- 平面镜和球面镜- 透镜和反射镜的组合3. 光的干涉和衍射（10分钟）- 光的干涉现象- 光的衍射现象- 干涉和衍射的应用4. 光学仪器和系统（5分钟）- 显微镜- 望远镜- 摄像机5. 光学在生活中的应用（5分钟）- 眼镜- 光纤通信- 光学存储三、课堂练习（10分钟）- 给学生提供一些简单的光学问题，让他们通过计算或实验来解决问题。

四、课堂小结（5分钟）- 回顾本节课的重点内容。

- 强调光学原理在实际应用中的重要性。

五、课后作业（5分钟）- 布置一些课后练习题，巩固学生对光学知识的掌握。

- 布置一些实验报告，让学生了解光学实验的步骤和数据分析方法。

教学资源：- 教科书- 多媒体课件- 光学实验器材- 网络资源教学评价：- 课堂表现：观察学生的参与度和回答问题的情况。

- 作业完成情况：检查学生的作业质量和完成度。

- 实验报告：评估学生的实验操作能力和数据分析能力。

应用光学第四版课程设计1. 课程概述本课程是应用光学第四版的课后设计，旨在帮助学生深入理解应用光学的基本原理和实际应用。

本课程以问题为导向，通过探究光学现象和实验验证，加深对光学知识的理解。

2. 课程目标•熟练掌握应用光学的基本原理和实际应用；•能够理解并解决与应用光学相关的实际问题；•具有一定的实验设计，数据处理和报告撰写能力。

3. 教学内容1.高斯光学•高斯光束的概念及特性•几何光学和物理光学之间的转化•欧拉公式及应用•理想成像系统的特性2.相干光学•干涉和衍射现象•奇异分解定理•自相干和互相干性质•前向散射问题3.激光光学•激光的产生和放大原理•激光谱学的基本概念•激光的各种应用4.光学仪器•光学显微镜和电子显微镜•光谱仪和干涉仪•激光雷达和光学测距仪4. 实验设计本课程设置了两个实验项目，分别为：1.摩尔条纹的实验验证：通过一个简单的光路，让学生了解摩尔条纹的形成原理，并实际验证条纹模型的正确性。

2.激光测距实验：通过使用激光测距仪进行测距，让学生了解激光测距的基本原理，并深入了解仪器的构成和工作原理。

5. 考核方式本课程的考核方式将参考学生成绩的综合发展情况，采用以下方式：1.平时作业：根据学生上课的表现和平时完成资料、练习的情况，进行评估。

2.实验成绩：根据学生完成实验的情况和实验报告的质量，进行评估。

3.期末考试：考试内容涵盖本课程的所有知识点，以选择题、计算题和应用分析题为主。

6. 授课方式本课程将采用线上线下相结合的授课方式。

授课内容将在线上进行，实验将组织线下进行，并采取分散实验时间的方式，确保学生的安全。

7. 参考资料•应用光学（第四版）（美）A·E·西耶（Herbert A.Meyerhoff）著，梁积懋等译•应用光学实验指导书（第四版）郭志华著，吴稳强等译8. 总结本课程通过问题导向的方法，让学生深入理解应用光学的原理和应用，并通过实验验证增强了学生的实践能力。

应用光学第三版课程设计课程概述应用光学是现代光学技术的一个重要分支，它的研究范围涉及到光学仪器、光学元件和光学测试等方面。

本课程旨在通过对应用光学的理论和实践进行探究，提升学生解决光学问题的能力，培养学生对实验测试的技能，使其熟悉应用光学相关理论和技术，为学生今后从事科研、工程技术等领域奠定坚实的理论基础。

课程目标通过本课程的学习，学生应当具备以下能力：•熟悉应用光学的基本理论和相关技术；•掌握光学元件的基本原理和性能；•掌握各种光学测试方法和实验技术；•熟练应用光学理论和实践解决光学问题；•培养学生的实验技能和创新精神。

课程安排本课程分为理论和实践两部分，每部分占总课时的50%。

理论部分理论部分主要涵盖以下内容：1.光的基本概念和光学波动方程；2.光的干涉、衍射和偏振现象；3.非线性光学现象和光学谐振腔；4.光的传输和光学成像原理；5.现代光学测量技术。

实践部分实践部分主要涵盖以下内容：1.光学仪器的组装和调试；2.光学元件的性能测试；3.干涉、衍射和偏振光的实验；4.光学成像实验；5.光学测试方法的实验。

每个实验的具体内容和要求将在课堂上进行详细介绍。

课程评估本课程的总评分由理论和实践两部分的成绩组成，其中理论部分占60%，实践部分占40%。

考核形式包括小测验、作业、实验报告和期末考试等。

参考教材1.应用光学（第三版），吴小康，北京大学出版社；2.光学（第七版），A. E. Hecht，高等教育出版社；3.现代光学，Guenther R&L，机械工业出版社。

结束语应用光学是一门重要的现代光学技术课程，通过对理论和实践的学习，可以让学生更好地了解光学领域的基础知识和相关应用。

本课程将为学生未来在科研、工程技术等领域打好坚实的理论基础，并培养其实验技能和创新精神。

※从上述定律可以得到光线传播的一 个重要原理—光路的可逆性原理。利 用这一原理，可以由物求像，也可以 由像求物。
• 图1-9
※光学系统 的作用之一是对物体成像，因此必须搞 清物像的基本概念和它们的关系。
※物体通过光学系统（光组）成像，光学系统(各 种光学仪器)由一系列光学零件 组成。。
※光学系统一般是轴对称的，有一条公共轴线，
全反射现象
当
一般情况下，光线射至透明介质的分界面时将发 生反射和折射现象。
光 由
由公式 n sin I n' sin I ' 可知
光
密
sin I sin I '
介 质
射
即折射光线较入射光线偏离法线
向
光
疏
sin I ' 不可能大于1，此时入射光线将不能射入
另一介质。
按照反射定律在介面上全部被反射回原介质
原点
+
-
原点
※ 原点规定：
（1）曲率半径 r ,以球面顶点O为原点，球
心C在右为正，在左为负。
E
A
C
O +r
E
A
C
-r O
（2）物方截距L 和像方截距L’ 也以顶点O为原点，到光线
与光轴交点，向右为正，向左为负。
E
A
A’
O
C
-L
+L’
E
A
A’
O
C
-L’
-L
（3）球面间隔 d 以前一个球面的顶点为原点， 向右为正，向左为负。
（在折射系统中总为正，在反射和折反系统中才有为负的情况）
O1
O2
+d
O1
O2

超材料与光操控技术在隐身衣、光镊、 光操控机器人等领域具有广泛的应用前 景，如实现物体隐身、微纳粒子的精确
操控等。
目前，超材料与光操控技术的研究重点 在于设计新型超材料、优化光操控效果 、提高操控精度等方面，同时也在探索
其在生物医学、能源等领域的应用。
量子光学与量子信息
量子光学是研究光的量子性质和光与物质相互作用的一门 学科，而量子信息则是利用量子力学原理进行信息处理和 传输的一门技术。
应用光学
目录
CONTENTS
• 应用光学概述 • 光学基础知识 • 光学仪器 • 光学系统设计与优化 • 现代光学技术 • 应用光学前沿研究
01 应用光学概述
应用光学的基本概念
应用光学的基本原理包括光的干涉、衍射、折射、反 射、偏振等，以及光学材料、光学元件和光学系统的 基本知识。
应用光学是研究如何将光学原理和技术应用于实际生 活和工业生产中的一门学科。它涉及到光的产生、传 播、变换、检测和应用，以及光学系统设计、光学仪 器制造和光学信息处理等领域。
光学系统优化算法
优化目标
明确优化的目标，如减小系统像差、提高成像质量或增加光学信 息量等。
优化方法
掌握常用的光学系统优化算法，如梯度优化、遗传算法、粒子群 算法等。
算法实现
具备使用编程语言实现优化算法的能力，如Python、C等。
光学系统性能评估
性能指标
结果分析
ห้องสมุดไป่ตู้
了解光学系统性能的评价指标，如分 辨率、对比度、信噪比等。
光学陀螺仪
利用光的干涉效应感知旋转角度变化，广泛应用于导航、航空、航 天等领域。
全息显示技术
3D全息投影
利用全息技术将三维图像投影到空中，无需佩戴 眼镜或头盔即可观看。

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。

应用光学Applied optics一、课程基本情况课程类别: 专业任选课课程学分: 3学分课程总学时: 48学时（讲课: 48学时）课程性质: 必修开课学期: 第7学期先修课程: 高等数学适用专业: 光电信息科学与工程, 物理学1教材: 《工程光学基础教程》, 机械工业出版社, 编者: 郁道银, 出版年份: 2007.4o 开课院系: 物理与光电工程学院光电工程系二、课程性质、课程的教学目标和任务2应用光学是光信息科学与技术专业的技术基础课。

它主要是要让学生学会解决几何光学、典型光学仪器原理、光度学、色度学、光纤光学系统、激光光学系统及红外光学系统等的基础理论和方法。

它包括了此类专业学生必备的光学知识, 为光学仪器、微光夜视、激光红外等学科奠定了理论基础和应用基础, 在培养光学和光电类人才中具有不可替代的地位。

本课程从光波、光线和成像等几何光学的概念出发讲述了光线在介质中传播的基本规律, 描述了近轴光学、理想光学系统和平面镜及棱镜的成像性质和规律, 讨论了常用光学仪器的工作原理、成像性能和分辨率。

通过本课程的学习, 学生应能对光学的基本概念、基本原理和典型系统有较为深刻的认识, 为学习光学设计、光信息理论和从事光学研究打下坚实的基础三、教学内容和要求3.章节名称几何光学基本定律与成像概念（8学时）（1）掌握: 几何光学基本定律: 光的直线传播定律、光的独立传播定律、反射定律和折射定律、光路的可逆性、费马原理（最短光程原理）: 应用光学中的符号规那么, 单个折射球面的光线光路计算公式、单个折射面的成像公式, 包括垂轴放大率、轴向放大率、角放大率、拉赫不变量等公式。

（2）了解: 共轴球面系统公式、成像条件的概念和相关表述、球面反射镜成像公式；（3）理解: 马吕斯定律；重点：应用光学中的符号规那么, 单个折射球面的光线光路计算公式难点: 单个折射面的成像公式.章节名称理想光学系统（8学时）（1）掌握共轴理想光学系统的成像性质、无限远的轴上（外）物点的共帆像点及光线、无限远的轴上（外）像点的对应物点及光线的性质、物（像）方焦距的计算公式、物方主平面与像方主平面的性质, 光学系统的节点及性质、图解法求像的方法、解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）（2）了解理想光学系统的放大率概念及公式, 理想光学系统两焦距之间的关系, 理想光学系统的组合公式、多个光组组成的理想光学系统的成像公式；重点：物（像）方焦距的计算公式、物方主平面与像方主平面的性质, 光学系统的节点及性质、解析法求像方法难点: 图解法求像的方法.章节名称平面与平面系统（8学时）（1）掌握；折射棱镜的作用, 其最小偏向角公式及应用, 光楔的偏向角公式及其应用；（2）了解；反射棱镜的种类、基本用途、成像方向判别、棱镜色散、色散曲线、白光光谱的概念、常用的光学材料种类和特点；（3）理解；平面光学元件的种类和作用、平面镜的成像特点和性质, 平面镜的旋转特性, 光学杠杆原理和应用；重点: 平面镜系统中光线旋转和平移难点：其最小偏向角公式及应用, 光楔的偏向角公式及其应用.章节名称光学系统中的光束限制（6学时）（1）掌握: 孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系、视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；（2）了解: 照相系统的基本结构、成像关系和光束限制、望远系统的基本结构、成像关系和光束限制、显微系统的基本结构、成像关系和光束限制, 物方远心光路原理；（3）理解光瞳衔接原那么及其作用、场镜的定义、作用和成像关系、景深、远景景深、近景景深的概念, 景深公式和影响因素；重点：孔径光阑位置求解难点: 视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系.章节名称光度学和色度学基础（4学时）（2）（1）掌握：光度学中辐射量和光学量的定义、单位, 光度学基本量的定义和单位, 辐射量和光学量的关系；了解: 光传播过程中光学量的主要变化规律；4（3）理解: 颜色的基本概念、性质、定律和相关实验、CIE标准色度学系统简介；重点: 光度学基本量定义难点: 光度学中辐射量计算5.章节名称光线的光路计算及像差理论（7学时）（1）掌握: 像差的定义、种类和消像差的基本原那么；（2）了解: 7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法。