《工程光学》课程教学大纲 一、课程基本信息 开课单位电气与电子工程学院 课程类别 去业城 课程名称 工程光学(engineering optics 课程编码ZH2950 开课对象光电信息科学与工程本科生 开课学期第四学期 学时/学分 总学时：64理论课学时：52（其中MO0C:2学时，企业行业专家投课：8学 时)实验课学时：12（其中企业行业专家授课：3学时）学分：4 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插的基本规律 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工程光学领域的专业基础知识。 本课程是光电信息科学与工程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。 二、课程教学目标 工程光学课程是光电信息科学与工程专业一门专业基础课，是光学设计，光电成像技术。 光申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。 通讨本课程的学习，应该达到以下目标： 1、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： 2、通过实验环节，使学生进一步加深对物理光学中的基本现象，概念，基本光学原理 与定律的理解： 3、熟练掌握有关光学仪器的结构、原理、使用，掌握基本的实验方法和技能： 4、通过设计性和综合性实验，以扩大学生的知识面，提高学生用实验方法研究光学现 象和解决实际光学问题的能力。 三、教学学时分配 《工程光学》课程理论教学学时分配表 章次 主要内容 学时分配 教学方法或手段 第一章 绪论几何光学的基本定律和成像概念 2 讲授法、多媒体 范一商 共轴球面系统 启发式、多继体 第三章 理想光学系统 8 讨论式、课堂讨论法 第而意 平面系统 讲授法、榴转课堂 第五章 光学系统的光束限制 启发式、移动课堂
《工程光学》课程教学大纲 一、课程基本信息 开课单位 电气与电子工程学院 课程类别 专业核心 课程名称 工程光学（engineering optics） 课程编码 ZH29501 开课对象 光电信息科学与工程本科生 开课学期 第四学期 学时/学分 总学时：64 理论课学时：52(其中 MOOC：2 学时，企业行业专家授课：8 学 时) 实验课学时：12 (其中企业行业专家授课：3 学时) 学分：4 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工程光学领域的专业基础知识。 本课程是光电信息科学与工程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。 二、课程教学目标 工程光学课程是光电信息科学与工程专业一门专业基础课，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，应该达到以下目标： 1、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； 2、通过实验环节，使学生进一步加深对物理光学中的基本现象、概念、基本光学原理 与定律的理解； 3、熟练掌握有关光学仪器的结构、原理、使用，掌握基本的实验方法和技能； 4、通过设计性和综合性实验，以扩大学生的知识面，提高学生用实验方法研究光学现 象和解决实际光学问题的能力。 三、教学学时分配 《工程光学》课程理论教学学时分配表 章次 主要内容 学时分配 教学方法或手段 第一章 绪论 几何光学的基本定律和成像概念 2 讲授法、多媒体 第二章 共轴球面系统 6 启发式、多媒体 第三章 理想光学系统 8 讨论式、课堂讨论法 第四章 平面系统 2 讲授法、翻转课堂 第五章 光学系统的光束限制 2 启发式、移动课堂
第六章像差概论 讨论式、MOC 第十章 实用光学系统 8 参与式、讨论法 第八率 光的电磁理论基础 6 启发式、深堂讨论法 第九章 光的干涉 6 讨论式、案例教学法 第十章 光的衍射 讲授式、启发法 第十一章 光的偏振 4 讨论式、移动课堂 合计 52 备注：其中M00C课2学时、企业行业专家授课8学时，授课内容主要包括像差概论等内容。 《工程光学》课程实验内容设置与教学要求一览表（必做12学时） 实 验 实验项目名称 教学要求 号 实验内容 类 配 了解焦距是光学 透结及光学系统 自准法及贝塞尔 自准法测薄透镜 的焦距： 最基本的参数之 必 法测薄透镜的焦 3 贝塞尔法测薄透 2 做 距 掌握用自准法和 镜的焦距： 贝塞尔法测薄透 特的焦距： 观察光的千涉现 了解迈克尔逊干 综 涉仪的构造和原 订克尔泳千涉 象，测定激光的波 3 理，学会调整和使 做 2 用方法： 性 景小偏向角法测 掌提最小偏向角 测量三棱镜的折 量三棱镜的折射 的测量方法：掌握 综 率： 最小偏向角法，拧 2 射率 3 掠射法测量三棱 射法测量三棱镜 性 镜的折射率： 的折射率： 1、学会利用物像 放大率法测目镜 焦距： 由物像放大率测 学会利用物像放 2、掌提垂轴故大 设 目镜焦距 大率法测目镜焦 率和轴向放大率 3 必做 2 距： 的计算方法： 性 3、掌握垂轴放大 率和轴向放大率 之间的关系
第六章 像差概论 4 讨论式、MOOC 第七章 实用光学系统 8 参与式、讨论法 第八章 光的电磁理论基础 6 启发式、课堂讨论法 第九章 光的干涉 6 讨论式、案例教学法 第十章 光的衍射 4 讲授式、启发法 第十一章 光的偏振 4 讨论式、移动课堂 合计 52 备注： 其中 MOOC 课 2 学时、企业行业专家授课 8 学时，授课内容主要包括像差概论等内容。 《工程光学》课程实验内容设置与教学要求一览表（必做 12 学时） 序 号 实验项目名称 实验内容 教学要求 学 时 分 配 实 验 类 别 实 验 类 型 每 组 人 数 1 自准法及贝塞尔 法测薄透镜的焦 距 自准法测薄透镜 的焦距； 贝塞尔法测薄透 镜的焦距； 了解焦距是光学 透镜及光学系统 最基本的参数之 一； 掌握用自准法和 贝塞尔法测薄透 镜的焦距； 3 必 做 验 证 性 2 2 迈克尔逊干涉 观察光的干涉现 象，测定激光的波 长； 了解迈克尔逊干 涉仪的构造和原 理，学会调整和使 用方法； 3 选 做 综 合 性 2 3 测量三棱镜的折 射率 最小偏向角法测 量三棱镜的折射 率； 掠射法测量三棱 镜的折射率； 掌握最小偏向角 的测量方法；掌握 最小偏向角法，掠 射法测量三棱镜 的折射率； 3 选 做 综 合 性 2 4 由物像放大率测 目镜焦距 学会利用物像放 大率法测目镜焦 距； 1、学会利用物像 放大率法测目镜 焦距； 2、掌握垂轴放大 率和轴向放大率 的计算方法； 3、掌握垂轴放大 率和轴向放大率 之间的关系。 3 必 做 设 计 性 2
1、利用物距一使 利用物距一像距 用物距一像距法 距法测凹透镜焦 法测凹透镜焦距 距的原理和方法 必 测凹透箱住距 3 的原理和方法 2、掌握物、像的 证性 2 虚实及问接法测 凹透镜的物距。 1、了解显微镜的 原理知结物， 、自组显微镜并 测自组显微镜的 自组显微镜并测 掌提显微镜的调 必 单 量自组显微镜的 3 计 2 放大率 放大倍率。 节方法和基本应 3、学会测量显微 备注： 测自组显微镜的放大率等内容， 四、教学内容和教学要求 第一章绪论几何光学的基本定律和成像概念(2学时 (一)教学要求 1.“互联网“大众创，万众创业”及中国制造22s5背景下的所概念工程光学介绍 2.了解几何光学的概念： 3.理解几何光学基本定律： 4.理解光学系统的物像概念以及实物、虚物的概念。 注：教学要求分为了解、理解和掌握三个层次： 了解：指一般概念性的认识，要求学生能够一般地了解所学内容。 理解：要求学生能够进行简单分析和判断】 掌握：要求学生能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用所学的内容分析、 初步设计和解答与实际应用相关的问题，能够举一反三 (二)教学重点与难点 教学重点：费马原理： 教学难点：实物、实像、虚物、虚像的概念及分辨： (三)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.贵马原理： 第二节光学系统的物像概念 1。共轴光学系统的概念： 2.实物、实像、虚物、虚像的概念
5 用物距－像距法 测凹透镜焦距 利用物距－像距 法测凹透镜焦距 的原理和方法； 1、利用物距－像 距法测凹透镜焦 距的原理和方法； 2、掌握物、像的 虚实及间接法测 凹透镜的物距。 3 必 做 验 证 性 2 6 测自组显微镜的 放大率 自组显微镜并测 量自组显微镜的 放大倍率。 1、了解显微镜的 原理和结构； 2、自组显微镜并 掌握显微镜的调 节方法和基本应 用； 3、学会测量显微 镜的放大倍率。 3 必 做 设 计 性 2 备注： 其中企业行业专家授课 3 学时，授课内容主要包括测自组显微镜的放大率等内容。 四、教学内容和教学要求 第一章 绪论 几何光学的基本定律和成像概念（2 学时） （一）教学要求 1．“互联网+”“大众创新，万众创业”及“中国制造2025”背景下的新概念工程光学介绍； 2.了解几何光学的概念； 3．理解几何光学基本定律； 4．理解光学系统的物像概念以及实物、虚物的概念。 注：教学要求分为了解、理解和掌握三个层次： 了解：指一般概念性的认识，要求学生能够一般地了解所学内容。 理解：要求学生能够进行简单分析和判断。 掌握：要求学生能够全面、深入理解和熟练掌握所学内容，并能够用所学的内容分析、 初步设计和解答与实际应用相关的问题，能够举一反三。 （二）教学重点与难点 教学重点：费马原理； 教学难点：实物、实像、虚物、虚像的概念及分辨； （三）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 1．共轴光学系统的概念； 2．实物、实像、虚物、虚像的概念；
本习题要点 本章重点掌握儿何光学的基本定律，特别是费马原理，要求熟记并能灵活应用。 第二章共轴球面系统(6学时) (一)教学要求 1.了解完善成像条件的概念和相关表述： 2.理解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.掌提单个折射面的成像公式，包括垂抽放大率、轴向放大率、角放大率Y、 拉赫不变量等公式： 4.掌握球而反射镜成像公式： 5.掌握共轴球面系统公式（包括过渡公式、成像放大率公式）： (一)教学重点与难点 教学重点： 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Y、拉 赫不变量等公式： 教学难点： 1.球面反射镜成像公式 2.共轴球面系统公式（包括过渡公式、成像放大率公式）： (三)教学内容 第一节符号法则 1.光路方向： 2.缕量的正负号 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 1.单个反射球面的成像公式： 2.单个反射球面的成像公式的应用 第四节共轴球面系统的成像 1.共轴球面系统的逐次成像法： 2.共轴球面系统的放大率： 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Y、拉赫不变量等公式；要求熟记并能灵活应用
本章习题要点： 本章重点掌握几何光学的基本定律，特别是费马原理，要求熟记并能灵活应用。 第二章 共轴球面系统（6 学时） （一）教学要求 1．了解完善成像条件的概念和相关表述； 2．理解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）； （二）教学重点与难点 教学重点： 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； 教学难点： 1．球面反射镜成像公式； 2．共轴球面系统公式（包括过渡公式、成像放大率公式）； （三）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 1．单个反射球面的成像公式； 2．单个反射球面的成像公式的应用； 第四节 共轴球面系统的成像 1．共轴球面系统的逐次成像法； 2．共轴球面系统的放大率； 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) (一)教学要求 1.了解共轴理想光学系统的成像性质： 2.理解无限远的轴上（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： 3.理解物方主平面与像方主平面的性质，光学系统的节点及性质 4.掌握图解法求像的方法： 5.掌握解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）： 6.掌握由多个光组组成的理想光学系统的成像公式： 7.掌握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： (二)教学重点与难点 教学重点： 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）： 教学难点： 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问的关系，理想光 学系统的组合公式和正切计算法： (三)教学内容 第一节理想光学系统的基本理论 1,理想光学系统的共线成像理论： 2.理想光学系统的共线成像理论的三条推论 第二节理想光学系统的基点与基面 1.无限远的抽上物点与像方焦点： 2.无限远的轴上像点与物方焦点： 3.主平面 4。光学系统的佳距 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 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：
第三章 理想光学系统（8 学时） （一）教学要求 1．了解共轴理想光学系统的成像性质； 2．理解无限远的轴上（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； 3．理解物方主平面与像方主平面的性质，光学系统的节点及性质； 4．掌握图解法求像的方法； 5．掌握解析法求像方法（牛顿公式、高斯公式）； 6．掌握由多个光组组成的理想光学系统的成像公式； 7．掌握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； （二）教学重点与难点 教学重点： 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）； 教学难点： 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； （三）教学内容 第一节 理想光学系统的基本理论 1．理想光学系统的共线成像理论； 2．理想光学系统的共线成像理论的三条推论； 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；