工程光学教材教参

《工程光学》课程教学大纲课程代码：0807408002课程名称：工程光学英文名称：Engineering Optics学分：4 总学时：64讲课学时：56 实验学时：8上机学时：0 课外学时：0适用对象：光电信息科学与工程专业学生先修课程：大学物理、高等数学学生自主学习时数建议：128一、课程性质、目的和任务工程光学课程是一门专业基础课，是光学设计、光电成像技术、光电检测和光学测量等专业课的先修课程。

本课程主要讲授几何光学和物理光学方面的基本理论、基本方法和典型光学系统实例及应用。

通过本课程的学习，学生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。

二、教学基本要求1、掌握几何光学的基本定律与成像理论；2、了解球面光学成像系统的基本知识；3、掌握理想光学系统和平面光学系统的基本理论，了解典型光学系统和现代光学系统的结构；4、理解光学系统的像质评价，光的衍射与傅里叶光学知识；5、掌握光波的特性，了解光的干涉、光的衍射，光扁振和光调制的内容；三、教学内容第一章几何光学基本定律与成像概念1、教学内容（1）几何光学的基本定律1．几何光学的点、线、面；2．几何光学的基本定律；3．费马原理；（2）光学系统的物像概念2、重点和难点（1）重点：费马原理（2）难点：实物、实像、虚物、虚像的概念及分辨第二章理想光学系统1、教学内容（1）理想光学系统的基本理论（2）理想光学系统的基点与基面1．无限远的轴上物点与像方焦点；2．无限远的轴上像点与物方焦点；3．主平面；4．光学系统的焦距；5．理想光学系统的节点；（3）理想光学系统的物像关系1．作图法求像；2．解析法求像；（4）理想光学系统的多光组成像1．多光组成像的一般过程；2．多光组系统的等效系统；3．双光组组合；4．双光组组合的应用实例；（5）实际光学系统的基点和基面1．实际光学系统的基点和基面；2．实际光学系统的基点和基面；2、重点和难点（1）重点：图解法求像的方法、解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）（2）难点：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和正切计算法第三章平面与系统1、教学内容（1）平面镜1．单平面镜的成像特性；2．双平面镜的成像特性；（2）反射棱镜1．反射棱镜的类型；2．棱镜系统成像的物像坐标变化；3．反射棱镜的等效作用与展开；（3）平行平面平板1．平行平板的成像特性；2．平行平板对光纤位移的计算；3．平行平板的等效空气层；4．共轴球面系统与平面棱镜系统的组合；（4）折射棱镜与光楔1．折射棱镜；2．光楔；2、重点和难点（1）重点：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（2）难点：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第四章光学系统中的光阑和光束限制1、教学内容（1）概述（2）孔径光阑1．孔径光阑的判断；2．入射光瞳和出射光瞳；（3）视场光阑1．视场范围的计算；2．渐晕及其相关计算；3．入射窗和出射窗；（4）渐晕光阑与场镜1．渐晕光阑；2．场镜；（5）景深与焦深1．景深；2．焦深；3．远心光路；2、重点和难点（1）重点：渐晕、渐晕光阑、渐晕系数的定义及渐晕光阑和视场光阑的关系；孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系（2）难点：望远系统的基本结构、成像关系和光束限制第五章光度学和色度学基础1、教学内容（1）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（2）光传播过程中光学量的主要变化规律（3）颜色的基本概念、性质、定律（4）CIE标准色度学系统简介2、重点和难点（1）重点：光度学中的定义（2）难点：光传播过程中光学量的主要变化规律第六章光线的光路计算及像差理论1、教学内容（1）相差的定义、种类和消像差的基本原则（2）单个折射球面的不晕点（齐明点）的概念和性质，求解方法（3）7种几个像差的定义、影响因素、性质和消像差方法（4）波像差的定义及其与几何像差的关系2、重点和难点（1）重点：像差的定义、种类和消像差的基本原则（2）难点：7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法第七章典型光学系统1、教学内容（1）正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征，校正非正常眼的方法，眼睛调节能力的计算（2）视觉放大率的概念、表达式及其意义，与光学系统角放大率的异同点（3）放大镜的视觉放大率（4）显微镜系统的概念和计算公式，包括：1)组成、成像关系、光束限制 2)视觉放大率公式 3)视场公式 4)数值孔径和出瞳 D' 5)物镜的分辨率 6 )显微镜的有效放大率 7)物镜的景深 8)视度调节：（5）临界照明和坷拉照明（6）望远系统的概念和计算公式，包括： 1)组成、成像关系、光束限制 2)视觉放大率公式 3)分辨率与视觉放大率的关系 4)有效分辨率和工作分辨率（7）摄影系统的概念和计算公式，包括： 1)组成、成像关系、光束限制 2)摄影物镜的3个主要参数及其影响作用 3)分辨率公式 4)光圈的定义及其与孔径光阑、分辨率、像面照度、景深的关系 5)景深公式及其影响因素 6)摄影物镜的种类（8）投影系统的概念和计算公式，包括： 1)系统的基本要求 2)主要光学参数 3)其照明系统的衔接条件2、重点和难点（1）重点：放大镜、显微镜、望远镜、照相机、投影仪的结构及成像（2）难点：光学系统外形尺寸计算、分辩率、变焦距光学系统第八章光的电磁理论基础1、教学内容（1）光波的特性1．麦克斯韦方程组；2．物质方程；3．电磁波动方程；（2）几种简单的光波场1．简谐平面波；2．球面波和柱面波；3．电磁场的能量和能流；（3）光波的叠加1．波的叠加原理；2．同频率、同振动方向单色光波的叠加；3．频率相同、振动方向垂直单色光波的叠加；4．不同频率单色光波的叠加；（4）光在两种介质分界面上的反射和折射1．电磁场的边界条件；2．反射定律和折射定律；3．菲涅尔公式；4．菲涅尔公式的讨论；2、重点和难点（1）重点：电磁波的平面波解，包括：平面波、简谐波解的形式和意义，物理量的关系，电磁波的性质等（2）难点：波的叠加原理及4种情况下两列波的叠加结果、性质分析第九章光的干涉1、教学内容（1）光的干涉条件和杨氏干涉实验1．光波干涉条件；2．杨氏干涉实验；（2）干涉条纹的可见度1．双光束干涉时干涉条纹的可见度；2．光源的非单色性对干涉条纹可见度的影响；3．光源的大小对干涉条纹可见度的影响；（3）平板的双光束干涉1．干涉条纹的分类；2．等倾干涉；3．等厚干涉；（4）平板干涉的应用1．迈克尔逊干涉；2．泰曼-格林干涉仪和波面干涉技术；3．马赫—曾德尔干涉仪；（5）平行平板的多光束干涉及其应用1．平行平板的多光束干涉原理；2．干涉滤光片；2、重点和难点（1）重点：杨氏双缝干涉性质、装置、公式、条纹特点及其现象的应用（2）难点：平行平板的双光束干涉定域面、干涉装置、干涉条纹的性质和计算公式第十章光的衍射1、教学内容（1）的标量衍射理论1．衍射的基本概念；2．惠更斯—菲涅耳原理；3．两种典型的衍射；（2）菲涅耳衍射1．菲涅耳半波带法；2．菲涅耳波带片；（3）夫琅禾费衍射1．矩孔衍射；2．单缝衍射；3．单缝衍射因子的特点；4．多缝衍射；5．圆孔衍射；（4）光学成像系统的衍射和分辨本领1．望远镜的分辨率；2．照相物镜的分辨率；3．显微镜的分辨率；4．双光组组合的应用实例；（5）衍射光栅1．衍射光栅概述；2．几种典型的衍射光栅；2、重点和难点（1）重点：矩孔、单缝夫琅和费衍射的光强分布公式和衍射条纹性质分析（2）难点：圆孔夫琅和费衍射的光强分布公式和衍射条纹性质分析，成像系统的分辨本领第十一章光的偏振1、教学内容（1）偏振光的描述1．光波的偏振态；2．偏振度；3．偏振态的表示法；（2）各向异性介质中光波的传播特性1．晶体的光学各向异性；2．平面波在晶体中的传播；3．平面波在晶体上的双反射和双折射；（3）偏振器件1．偏振器；2．波片；3．偏振器件的数学描述；（4）偏振光的干涉（5）波导光学基础（6）光的量子性和激光基础2、重点和难点（1）重点：菲涅尔公式、布儒斯特定律和马吕斯定律（2）难点：各种起偏器、分束器和波片的结构、作用和工作原理四、实践环节设计(一)课内实验1、透镜焦距的测量实验2、光的干涉实验3、光的衍射实验4、光的偏振实验5、基于软件模拟设计单透镜、双透镜、牛顿望远镜等实验五、课外习题及课程讨论为达到本课程的教学基本要求，课内和课外习题（包括自测题）不应少于20题。

课程名称：工程光学适用班级：光信息科学与技术专业二年级学生主讲教师：[教师姓名]职称：[教师职称]教学时间：[具体日期]教学地点：[具体教室]一、教学目标1. 知识目标：（1）掌握工程光学的基本概念和基本原理；（2）熟悉光学元件的基本特性及其应用；（3）了解光学系统的设计方法和性能评价。

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实验数据分析能力；（3）培养学生的创新意识和团队合作精神。

3. 素质目标：（1）增强学生的科学素养和人文精神；（2）提高学生的自主学习能力和终身学习能力；（3）培养学生的社会责任感和职业道德。

二、教学内容1. 光学基础知识（1）光的传播规律；（2）光的反射与折射；（3）光的干涉与衍射；（4）光的偏振。

2. 光学元件（1）透镜；（2）棱镜；（3）光栅；（4）光纤。

3. 光学系统（1）光学系统的基本结构；（2）光学系统的成像规律；（3）光学系统的设计方法；（4）光学系统的性能评价。

4. 光学应用（1）光学仪器；（2）光学传感器；（3）光学信息处理。

三、教学方法1. 讲授法：系统讲解工程光学的基本概念、原理和应用；2. 讨论法：引导学生对光学问题进行讨论，培养学生的创新思维；3. 案例分析法：结合实际案例，分析光学原理在工程中的应用；4. 实验法：通过实验验证光学原理，提高学生的实验操作技能；5. 计算机辅助教学：利用多媒体技术，展示光学现象和实验过程。

四、教学过程1. 导入新课：简要介绍工程光学的背景和意义，激发学生的学习兴趣；2. 讲授新知识：讲解光学基础知识、光学元件、光学系统等内容；3. 案例分析：结合实际案例，分析光学原理在工程中的应用；4. 实验演示：演示光学实验，让学生直观感受光学现象；5. 学生讨论：引导学生对光学问题进行讨论，培养学生的创新思维；6. 课堂小结：总结本节课的重点内容，布置课后作业。

五、教学评价1. 课堂表现：观察学生的出勤、课堂纪律、发言积极性等；2. 作业完成情况：检查学生的课后作业，了解学生对知识的掌握程度；3. 实验报告：评估学生的实验操作技能和实验数据分析能力；4. 期末考试：全面考察学生对工程光学知识的掌握程度。

一、课程基本信息1. 课程名称：工程光学2. 学时安排：共计XX学时，每周XX课时3. 教学对象：XX年级XX专业学生4. 教学目标：（1）使学生掌握工程光学的基本原理和基本概念；（2）培养学生运用光学知识解决实际工程问题的能力；（3）提高学生的创新意识和团队协作能力。

二、教学内容1. 光学基本原理（1）光的传播规律（2）光的反射与折射（3）光的干涉与衍射（4）光的偏振2. 光学仪器（1）光学元件（2）光学系统（3）光学仪器的设计与制造3. 光学在工程中的应用（1）光学成像技术（2）光学检测技术（3）光学传感技术（4）光学信息处理技术4. 课程设计（1）望远镜的组装（2）Zemax：设计一大相对孔径望远镜物镜，像差校正到0三、教学进度安排1. 第一周：光学基本原理2. 第二周：光的传播规律3. 第三周：光的反射与折射4. 第四周：光的干涉与衍射5. 第五周：光的偏振6. 第六周：光学元件7. 第七周：光学系统8. 第八周：光学仪器的设计与制造9. 第九周：光学成像技术10. 第十周：光学检测技术11. 第十一周：光学传感技术12. 第十二周：光学信息处理技术13. 第十三周：课程设计（望远镜的组装）14. 第十四周：课程设计（Zemax：设计一大相对孔径望远镜物镜，像差校正到0）四、教学方法与手段1. 讲授法：系统讲解工程光学的基本原理和基本概念。

2. 案例分析法：结合实际工程案例，引导学生分析光学问题。

3. 实验教学法：通过实验操作，使学生掌握光学仪器的使用方法。

4. 讨论法：组织学生讨论光学在工程中的应用，激发学生的创新意识。

5. 网络教学资源：利用网络资源，拓宽学生的视野。

五、考核方式1. 平时成绩：课堂表现、作业完成情况等，占总成绩的30%。

2. 期中考试：测试学生对工程光学基本原理的掌握程度，占总成绩的30%。

3. 课程设计：评价学生在课程设计中的实际操作能力和创新意识，占总成绩的20%。

工程光学课程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：光电信息科学与工程专业本科课程代码：42E00615学时分配：88=72理论+16实验赋予学分：5先修课程：高等数学、大学物理后续课程：激光原理与技术、光纤通信原理及应用、光电技术、光电测试技术二、课程性质与任务本课程是光电信息科学与工程专业一门重要的专业课程。

本课程的任务是使学生牢固掌握：1 .几何光学的基本规律、成像理论、像差理论和像质评价。

2.典型和实用的光学系统的构造和性能。

3.光波的电磁理论。

4.光波干涉和衍射理论及其应用。

5.晶体光学理论和晶体光学器件。

6.现代光学系统概况。

为进一步学习有关光电子、光通信等方面的专业课程打下良好的理论基础。

三、教学目的与要求设置本课程的目的在于从专业学科的工程要求入手，使学生通过本课程的学习，能够比拟全面的了解和掌握几何光学的基本理论规律、成像理论、像差理论和像质评价，典型光学系统的结构原理和光学特性及其应用；学习掌握光波的电磁理论、光波干涉和衍射理论及其应用、晶体光学理论和晶体光学器件。

从而使学生具备分析和解决在工程技术上常见的光学问题的能力，并通过实验训练为学生后续课程学习及从事光电工程等方面的工作打下良好基础。

四、教学内容与安排（一）理论教学内容与安排绪论（2学时）上篇几何光学与成像理论第一章几何光学的基础（4学时）教学内容：第一节几何光学的基本定律第二节成像的概念：成像系统第三节光路计算与近轴光学系统第四节球面光学成像系统教学要求：1.本章难点在于光路计算；.本章重点在于球面光学成像系统近轴光路计算。

第二章理论光学系统（6学时）教学内容：第一节理论光学系统与共线成像理论第二节理想光学系统基点与基面第三节理论光学系统的物象关系第四节理想光学系统的放大律第五节理想光学系统的组合第六节透镜教学要求：1.本章难点在于理想光学系统物像关系的获得;.本章重点在于理想光学系统成像公式的运用。

第三章平面与平面系统（4学时）教学内容：第一节平面镜成像第二节平行平板第三节反射棱镜第四节折射棱镜与光楔第五节光学材料教学要求：1.本章难点在于平板的等效处理；.本章重点在于平面成像系统的处理。

以下是一些常用的考研教材，涵盖了工程光学相关的内容：
1. 《工程光学》（Engineering Optics）作者：阎守恒
这本教材是工程光学领域的经典教材之一，内容包括光的传播、光的衍射、光的干涉、光的偏振、光的色散等工程光学基础知识。

2. 《光学》（Optics）作者：Eugene Hecht
这本教材是关于光学的综合性教材，全面介绍了光学的基本原理、光的行为和光学应用的各个方面，包括几何光学、物理光学、光的色散和光的波动等内容。

3. 《光学傅里叶变换与光学信息处理》（Optical Fourier Transform and Optical Information Processing）作者：吕晓刚
这本教材主要介绍了光学傅里叶变换的基本原理和应用，以及光学信息处理的相关知识，包括光学干涉、光学成像、光的传输与调制等内容。

4. 《应用光学》（Applied Optics）作者：A.E. Siegman
这本教材重点讲述了光学在实际应用中的各个方面，包括光学系统设计、激光技术、光学仪器和光电子学等内容。

这些教材都具有一定的权威性和全面性，适合用于工程光学的考研准备和学习。

选择教材时，可以根据个人的学习需求和课程要求进行选择。

另外，还可以参考老师推荐的教材或根据同行的推荐来确定最适合自己的教材。

工程光学第二版课程设计1. 课程设计背景与目的工程光学是光学的一个分支，广泛应用于工业、医疗、军事等领域。

本课程旨在通过理论学习和实验实践，培养学生对工程光学的理解和综合运用能力，为学生今后的工作和研究打下扎实的基础。

2. 教学内容及安排2.1 教学内容本课程涵盖以下主要内容：•光学基础知识：光的传播、干涉、衍射、偏振等；•工程光学中的常用光学仪器：光学元件、激光器、光束扩展系统、光学成像系统等；•工程光学中的应用案例：医学显微镜、光学仪器测量、激光切割、光学通信等。

2.2 教学安排本课程分为理论学习和实验实践两个部分，具体安排如下：2.2.1 理论学习•第一周：光学基础知识1-2章；•第二周：光学基础知识3-4章；•第三周：光学元件与成像系统1-2章；•第四周：光学元件与成像系统3-4章；•第五周：激光器、光束扩展系统与应用案例1-2章；•第六周：激光器、光束扩展系统与应用案例3-4章。

2.2.2 实验实践•第一周：光学实验1；•第二周：光学实验2；•第三周：光学实验3；•第四周：光学实验4；•第五周：光学实验5；•第六周：光学实验6。

3. 课程设计要求1.学生应及时完成实验报告并提交，每个实验报告应包含实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果和分析、实验总结等内容。

2.学生应及时完成作业并提交，每次作业应包括光学相关理论内容和应用题目，作业分数将计入期末成绩。

3.学生应在课程结束前完成课程设计任务，完成原理分析、设计方案和系统搭建、实验结果展示和分析、课程项目总结等四个环节，并最终形成文字报告和PPT汇报。

4. 参考教材•《工程光学第二版》（范骁骏、吴仁海著，清华大学出版社）•《工程光学实验教程》（南京理工大学出版社）5. 结语通过本课程的学习，相信学生们能够在理论知识和实践技能上都有所提升。

希望大家能够认真学习和实践，并取得好成绩。