工程光学教学大纲（正式）

《工程光学》课程教学大纲

课程中文名称：工程光学 课程英文名称：Engineering Optics 课程编号：08131009 课程性质：专业基础课

学 时：（总学时63、理论课学时51、实验课学时12） 学 分：4

适用对象：电子科学与技术、信息显示与光电子技术 先修课程：大学物理、高等数学 课程简介：

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。还介绍了变折射率的光线光学和变焦距镜头的光学系统分析。通过本课程的学习学生可掌握光学工程领域的专业基础知识。

本课程是信息显示与光电子技术专业及相关专业的重要核心课程，通过本课程的学习，为学生学习后续课程如认知实习、信息光学和光电仪器设计打下必要基础。

一、教学目标及任务

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、学时分配

学时数具体分配： 章 节 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 内 容 几何光学的基本定律和成像概念 共轴球面系统 理想光学系统 平面系统 光学系统的光束限制 像差概论 光度学与色度学 实用光学系统 现代光学系统 学时数 理论 2 4 8 4 4 2 2 6 2 实践、实验 0 0 3 6 0 0 0 3 0 总学时 2 4 11 10 4 2 0 9 2 章 节 第十章 第十一章 第十二章 第十三章 内 容 光的电磁理论基础 光的干涉 光的衍射 学时数 理论 4 5 4 4 51 实践、实验 0 0 0 0 12 总学时 2 5 4 4 63 光的偏振 合计 三、教学内容及教学要求

第一章 几何光学的基本定律和成像概念（2学时）

教学要求：

1．了解几何光学的概念； 2．理解几何光学基本定律； 3．理解光学系统的物像概念； 教学重点与难点： 1．费马原理；

2．实物、实像、虚物、虚像的概念及分辨； 教学内容：

第一节 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；

第二节 光学系统的物像概念

本章习题要点：本章重点掌握几何光学的基本定律，要求熟记并能灵活应用。

第二章 共轴球面系统（4学时）

教学要求：

1．理解完善成像条件的概念和相关表述；

2．掌握应用光学中的符号规则，单个折射球面的光线光路计算公式（近轴、远轴）； 3．掌握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γ、拉赫不变量等公式；

4．掌握球面反射镜成像公式；

5．掌握共轴球面系统公式（包括过渡公式、成像放大率公式）； 教学重点与难点：

1．应用光学中的符号规则；

2．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γ、拉赫不变量等公式；

3．球面反射镜成像公式；

4．共轴球面系统公式（包括过渡公式、成像放大率公式）；

教学内容：

第一节 符号法则

1．光路方向；

2．线量的正负号； 3．角量的正负号；

4．符号规则的意义；

5．光路图中的符号标注； 第二节 物体经单个折射球面的成像

1．单球面成像的光路计算；

2．近轴区域的物像关系； 3．近轴区域的物像放大率； 第三节 单个反射球面的成像

第四节 共轴球面系统的成像

本章习题要点：本章重点掌握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γ、拉赫不变量等公式；要求熟记并能灵活应用。

第三章 理想光学系统（8学时）

教学要求：

1．共轴理想光学系统的成像性质；（理解）

2．无限远的轴上（外）物点的共轭像点及光线、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；（掌握）

3．物方主平面与像方主平面的性质，光学系统的节点及性质；（理解）

4．图解法求像的方法；（掌握）

5．解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；（掌握） 6．由多个光组组成的理想光学系统的成像公式；（掌握）

7．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；（掌握）

教学重点与难点：

1．图解法求像的方法；

2．解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）；

3．由多个光组组成的理想光学系统的成像公式；

4．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；

教学内容：

第一节 理想光学系统的基本理论 第二节 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； 第三节 理想光学系统的物像关系

1．作图法求像； 2．解析法求像；

第四节 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； 第五节 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；

本章习题要点：本章重点掌握理想光学系统的作图法成像和解析法成像。

第四章 平面系统（4学时）

教学要求：

1．平面光学元件的种类和作用；（了解）

2．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；（理解） 3．平行平板的成像特性，近轴区内的轴向位移公式；（掌握） 4．反射棱镜的种类、基本用途、成像方向判别、等效作用与展开；（理解）

5．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；（掌握） 6．棱镜色散、色散曲线、白光光谱的概念；（了解） 7．常用的光学材料种类和特点；（了解） 教学重点与难点：

1．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．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； 教学内容： 第一节 平面镜

1．单平面镜的成像特性； 2．双平面镜的成像特性； 第二节 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； 第三节 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； 第四节 折射棱镜与光楔

1．折射棱镜；

2．光楔；

本章习题要点：本章重点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。

第五章 光学系统的光束限制（4学时）

教学要求：

1．孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系；（掌握）

2．视场光阑、入窗、出窗、视场角的定义及它们的关系；（掌握）

3．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；（掌握） 4． 照相系统的基本结构、成像关系和光束限制；(了解) 5．望远系统的基本结构、成像关系和光束限制；(了解) 6．显微系统的基本结构、成像关系和光束限制； (了解)

7．景深、远景景深、近景景深的概念，景深公式和影响因素；（理解） 教学重点与难点：

1．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； 2．望远系统的基本结构、成像关系和光束限制；

3．孔径光阑、入瞳、出瞳、孔径角的定义及它们的关系； 教学内容： 第一节 概述

第二节 孔径光阑

1．孔径光阑的判断； 2．入射光瞳和出射光瞳； 第三节 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； 第四节 渐晕光阑与场镜

1．渐晕光阑； 2．场镜； 第五节 景深与焦深

1．景深； 2．焦深；

3．远心光路；

第六章 像差概论（2学时）

教学要求：

1．像差的定义、种类和消像差的基本原则；（了解）

2．单个折射球面的不晕点（齐明点）的概念和性质，求解方法；（了解） 3．7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法；（掌握） 4．波像差的定义及其与几何像差的关系；（了解） 教学重点与难点：

1．像差的定义、种类和消像差的基本原则；

2．7种几何像差的定义、影响因素、性质和消像差方法； 教学内容：

第一节 轴上点像差

1．球差的概念和形成；

2．单个折射球面的齐明点； 3．单透镜的球差；

第二节 慧差

1．慧差的概念和形成；

2．孔径光阑对慧差的影响；

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