《工程光学》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070001334 课程中文名称 工程光学 课程英文名称 Optical Engineering 课程类别 大类学科基础与专业基础课 适用专业 测控技术与仪器 开课学期 第六学期 总学时 32学时，其中课内讲授32学时、实验0学时 总学分 开课模式 以修 先修课程 大学物理、高等数学 本课程是测控技术与仪器专业的专业基础课，主要由几何光学和物理光学两部分 组成。几何光学部分主要介绍了几何光学的基本定律与成像概念、理想光学系统 的光学参数与成像特性、平面与平面镜成像系统、光学系统中的成像光束限生制」 课程简介 光学系统的光路计算和像差基本理论、 。物理光学部分主要介绍 了光的电磁性质、光在各向同性介质界面上的传播规律和光波的叠加、光波的干 涉与行射等。 建议教材 郁道银、谈恒英.光学工程第4版.北京：机械工业出版社，2016 山母国光、战元龄.光学（第二版）.北京：高等教育出版社，2009 参考资料 2)赵凯华、钟锡华.光学.北京：北京大学出版社，1984 [3)玻恩、沃耳夫，光学原理（第七版），北京：电子工业出版社，2009 二、课程教学目标 1.知道几何光学的基本定律和原理，能够进行单个折射、反射球面的光线光路计算 2.知道理想光学系统的基点与基面，能够用图解法和解析法求像，能够求出透镜的焦距、基点和基面。 3.知道平面反射镜、平行平板、反射棱镜和折射棱镜等典型平面系统的性质和作用。能够判断棱镜系 统的成像方向，能够计算折射棱镜的偏向角。 4知道光阑、光瞳、入射窗、出射窗、孔径角、视场角、渐晕等基本概念。能够计算光学系统的景深。 5.知道像差的定义、分类和消像差的原则 6知道典型光学系统的结构形式和成像特性，能够计算典型光学系统的光学参数。 7知道麦克斯韦方程组的表达式。知道光的吸收、色散和散射。能够描述光波叠加后形成的物理现象。 8知道光的干涉定义和光波干涉的条件。能够描述迈克耳逊干涉仪、法布里-珀罗干涉仪的结构和工作 原理。 9知道光波衍射的基本理论和成像系统的衍射现象。能够计算成像系统的分辨率
《工程光学》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070001334 课程中文名称 工程光学 课程英文名称 Optical Engineering 课程类别 大类学科基础与专业基础课 适用专业 测控技术与仪器 开课学期 第六学期 总 学 时 32学时，其中课内讲授32学时、实验0学时 总 学 分 2 开课模式 必修 先修课程 大学物理、高等数学 课程简介 本课程是测控技术与仪器专业的专业基础课，主要由几何光学和物理光学两部分 组成。几何光学部分主要介绍了几何光学的基本定律与成像概念、理想光学系统 的光学参数与成像特性、平面与平面镜成像系统、光学系统中的成像光束限制、 光学系统的光路计算和像差基本理论、典型光学系统等。物理光学部分主要介绍 了光的电磁性质、光在各向同性介质界面上的传播规律和光波的叠加、光波的干 涉与衍射等。 建议教材 郁道银、谈恒英. 光学工程 第4版. 北京: 机械工业出版社, 2016 参考资料 [1] 母国光、战元龄. 光学（第二版）. 北京: 高等教育出版社, 2009 [2] 赵凯华、钟锡华. 光学. 北京: 北京大学出版社, 1984 [3] 玻恩、沃耳夫. 光学原理（第七版）. 北京: 电子工业出版社, 2009 二、课程教学目标 1.知道几何光学的基本定律和原理，能够进行单个折射、反射球面的光线光路计算。 2.知道理想光学系统的基点与基面，能够用图解法和解析法求像，能够求出透镜的焦距、基点和基面。 3.知道平面反射镜、平行平板、反射棱镜和折射棱镜等典型平面系统的性质和作用。能够判断棱镜系 统的成像方向，能够计算折射棱镜的偏向角。 4.知道光阑、光瞳、入射窗、出射窗、孔径角、视场角、渐晕等基本概念。能够计算光学系统的景深。 5.知道像差的定义、分类和消像差的原则。 6.知道典型光学系统的结构形式和成像特性，能够计算典型光学系统的光学参数。 7.知道麦克斯韦方程组的表达式。知道光的吸收、色散和散射。能够描述光波叠加后形成的物理现象。 8.知道光的干涉定义和光波干涉的条件。能够描述迈克耳逊干涉仪、法布里-珀罗干涉仪的结构和工作 原理。 9.知道光波衍射的基本理论和成像系统的衍射现象。能够计算成像系统的分辨率
三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程教学目标 内容 1.工程知识：能够将数学、 13握控技术与仪器去业技术知识。能 自然科学、工程基础和专业刻 合运用专业知识和技术，解决测控领域 02 教学目标1、2 识用于解决复杂工程问题。 的复杂工程问题。 3、4 2.问题分析：能够应用数学 自然科学和工程科学的基 2.2能够应用数学知识和自然科学、工程科 原理，识别、表达并通过文献 学的基本理论，对复杂工程问题进行准确描 0.1 教学目标7、8、 研究分析测控领域的复杂 述，建立数学模型并求解分析。 9 程问题并获得有效结论。 3设计开发耀决方案。能够31能够根据用户的特定需求，墙渐描述测 设计针对测控领域复杂工程 控系统的设计任务 识别任务面临的各项 问愿的解决方案，设计满足特 约条件，完成系统综合性设计。 定需求的测控系统，并能够在 教学目标2、4、 设计环节中体现创新意识，考 5、6、9 虑社会、健康、安全、法律 文化及环境等因素。 四、理论教学内容与要求 知识 知识点 计划 支撑教 模块 教学要求 学时 学目标 1几)几何光学的基本定律与 ①知道几何光学的基本定律： 0.5 何光 成像概念 2知道费马原理、马吕斯定律 2)成像的基本概念与完善 学基 ①知道完善成像条件 0.5 成像条件 ②知道物、像的虚实 本定 能够计算光线经过单个折射面的光路 律与 ()光路计算与近轴光学系 1 教学目 统 ②能够对近轴光线进行光路的计算 标1 成像 ①能够计算单个折射球面的垂轴放大率、轴向 概念 放大案和角放大率： (3学 (④球面光学成像系统 ②能够计算单个反射球面的垂轴放大率、轴向 1 时) 放大率和角放大率 (①)理想光学系统与共线成 ①知道共轴理想光学系统的成像性质。 象理论 2理 (2)理想光学系统的基点与 ①知道焦点和焦平面的含义： 想光 基面 ②知道主点和主平面的含义 0.5 教学目 学系 3)理想光学系统的物像关 ①能够利用图解法求像： 统(6 系 ②能够利用解析法求像 2 标2 学时) ①能够计算理想光学系统的轴向放大率 (4)理想光学系统的放大率 ②能够计算理想光学系统的角放大率： ③知道光学系统的节点的有关性质
三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程教学目标 内容 H/L 1. 工程知识：能够将数学、 自然科学、工程基础和专业知 识用于解决复杂工程问题。 1.3 掌握测控技术与仪器专业技术知识，能 够综合运用专业知识和技术，解决测控领域 的复杂工程问题。 0.2 教学目标 1、2、 3、4 2. 问题分析：能够应用数学、 自然科学和工程科学的基本 原理，识别、表达并通过文献 研究分析测控领域的复杂工 程问题并获得有效结论。 2.2 能够应用数学知识和自然科学、工程科 学的基本理论，对复杂工程问题进行准确描 述，建立数学模型并求解分析。 0.1 教学目标 7、8、 9 3. 设计/开发解决方案：能够 设计针对测控领域复杂工程 问题的解决方案，设计满足特 定需求的测控系统，并能够在 设计环节中体现创新意识，考 虑社会、健康、安全、法律、 文化及环境等因素。 3.1 能够根据用户的特定需求，清晰描述测 控系统的设计任务，识别任务面临的各项制 约条件，完成系统综合性设计。 L 教学目标 2、4、 5、6、9 四、理论教学内容与要求 知识 模块 知识点 教学要求 计划 学时 支撑教 学目标 1 几 何光 学基 本定 律与 成像 概念 （3学 时） (1)几何光学的基本定律与 成像概念 ①知道几何光学的基本定律； ②知道费马原理、马吕斯定律。 0.5 教学目 标1 (2)成像的基本概念与完善 成像条件 ①知道完善成像条件； ②知道物、像的虚实。 0.5 (3)光路计算与近轴光学系 统 ①能够计算光线经过单个折射面的光路； ②能够对近轴光线进行光路的计算。 1 (4)球面光学成像系统 ①能够计算单个折射球面的垂轴放大率、轴向 放大率和角放大率； ②能够计算单个反射球面的垂轴放大率、轴向 放大率和角放大率。 1 2 理 想光 学系 统（6 学时） (1)理想光学系统与共线成 像理论 ①知道共轴理想光学系统的成像性质。 0.5 教学目 标2 (2)理想光学系统的基点与 基面 ①知道焦点和焦平面的含义； ②知道主点和主平面的含义。 0.5 (3)理想光学系统的物像关 系 ①能够利用图解法求像； ②能够利用解析法求像。 2 (4)理想光学系统的放大率 ①能够计算理想光学系统的轴向放大率； ②能够计算理想光学系统的角放大率； ③知道光学系统的节点的有关性质。 1
①知道两个光组的组合焦距公式： (5)理想光学系统的组合 ②能够计算远摄型光组和反远距型光组的焦 (6)透镜 ①能够计算透镜的焦距、焦点位置和主面位置。 ①知道平面镜的成像原理： 3平 )平面镜成像 ②知道平面镜的旋转特性 面与 ③知道双平面镜的成像特性 ①知道平行平板的成像特性： 平面 (2)平行平板 ②知道平行平板近轴区内的轴向位移公式。 教学目 系统 ①知道后射楼锫的类型. 标3 (3)反射棱镜 ②能够判断棱镜系统的成像方向。 学时) ①能够计算折射棱镜的偏向角： (4)折射棱镜与光楔 ②知道棱镜的色散特性。 4光 ①知道孔径光阑的定义与作田： 学系 ()光阑及照相系统中的光 知道入射光瞳和出射光瞳的定义 ③知道视场光阑的定义与作用： 2 统中 ④知道光阑在照相系统中的作用。 的光 (2)望远镜系统中成像光束 ①知道望远系统的光路结构和光俐对光束的限 阑与的选择 1 教学目 光束 知道显微镜系统的光路结构 标4 限制 (③)显微镜系统中的光束限 ②知道远心光路的含义： 制与分析 ③知道场镜的作用。 学 ①能够计算光学系统的景深 (4)光学系统的景深 时 5像展述 ①知道像差计算的谱线选择依据： 差理 ②知道子午面内的光线光路的计算方法。 论(3 ①知道球差、正弦差、慧差、场曲、像散、畸 教学目 (2)几何像差 变和色差的定义： 2 的 ②知道消除像差的原副」 时) ①知道正常眼、近视限和远视眼的定义和特征 6典 ()眼睛及其光学系统 ②知道眼睛的分辨率计算公式： 0.5 型光(2)放大镜 ①能够计算放大镜的视觉放大率。 0.5 学系 ①能够计笔品微镜系统的视微放大率」 教学目 统(3(3)显微镜系统 ②能够计算显微镜的线视场： 标6 ②能够计算显微镜的出瞳直径。 时)(4)望远镜系统 ①能够计算望远系统的分辨率及工作放大率 7光(1)光的电磁波性质 ①知道麦克斯韦方程组的表达式： ②知道平面电磁波的性质。 的电 (2)光在电介质界面上的反 ○知道光在两电介质分界面上的反射定律和打 教学目 磁理 射和折射 时定使 1 标 论(43)光的吸收、色散和敢射 ①知道光的吸收定律： 1
(5)理想光学系统的组合 ①知道两个光组的组合焦距公式； ②能够计算远摄型光组和反远距型光组的焦 距。 1 (6)透镜 ①能够计算透镜的焦距、焦点位置和主面位置。 1 3 平 面与 平面 系统 （4 学时） (1)平面镜成像 ①知道平面镜的成像原理； ②知道平面镜的旋转特性； ③知道双平面镜的成像特性。 1 教学目 标3 (2)平行平板 ①知道平行平板的成像特性； ②知道平行平板近轴区内的轴向位移公式。 1 (3)反射棱镜 ①知道反射棱镜的类型； ②能够判断棱镜系统的成像方向。 1 (4)折射棱镜与光楔 ①能够计算折射棱镜的偏向角； ②知道棱镜的色散特性。 1 4 光 学系 统中 的光 阑与 光束 限制 （5 学 时） (1)光阑及照相系统中的光 阑 ①知道孔径光阑的定义与作用； ②知道入射光瞳和出射光瞳的定义； ③知道视场光阑的定义与作用； ④知道光阑在照相系统中的作用。 2 教学目 标4 (2)望远镜系统中成像光束 的选择 ①知道望远系统的光路结构和光阑对光束的限 制。 1 (3)显微镜系统中的光束限 制与分析 ①知道显微镜系统的光路结构； ②知道远心光路的含义； ③知道场镜的作用。 1 (4)光学系统的景深 ①能够计算光学系统的景深。 1 5 像 差理 论（3 学 时） (1)概述 ①知道像差计算的谱线选择依据； ②知道子午面内的光线光路的计算方法。 1 教学目 标5 (2)几何像差 ①知道球差、正弦差、慧差、场曲、像散、畸 变和色差的定义； ②知道消除像差的原则。 2 6 典 型光 学系 统（3 学 时） (1)眼睛及其光学系统 ①知道正常眼、近视眼和远视眼的定义和特征； ②知道眼睛的分辨率计算公式； 0.5 教学目 标6 (2)放大镜 ①能够计算放大镜的视觉放大率。 0.5 (3)显微镜系统 ①能够计算显微镜系统的视觉放大率； ②能够计算显微镜的线视场； ②能够计算显微镜的出瞳直径。 1 (4)望远镜系统 ①能够计算望远系统的分辨率及工作放大率。 1 7 光 的电 磁理 论（4 (1)光的电磁波性质 ①知道麦克斯韦方程组的表达式； ②知道平面电磁波的性质。 1 教学目 标7 (2)光在电介质界面上的反 射和折射 ①知道光在两电介质分界面上的反射定律和折 射定律。 1 (3)光的吸收、色散和散射 ①知道光的吸收定律； 1
学 ②知道正常色散和反常色散的含义： 时) ③知道瑞利散射的含义。 (4)光波的叠加 ①知道波的叠加原理： ②能够描述光波叠加后形成的物理现象。 1 (1)光波干涉的条件 ①知道光波产生干涉的条件。 0.5 8光 (2)杨氏干涉实验 ①能够描述杨氏干涉的实验装置。 0.5 的干 涉(2 (3)干涉条纹的可见度 ①知道干涉条纹可见度的定义： 教学目 ②知道影响条纹可见度的因素。 0.5 标8 时) ①能够描述迈克耳逊干涉仪的结构与工作原 (4)平板的双光束于涉和多 理。 光束干涉 ②能够描术法布里珀罗干涉仪的结构与工作原 0.5 理。 9光 ()典型孔径的夫琅和费衍 ①能够计算单缝的夫琅和费衍射的强度分布。 的衔 射 教学目 射(2 (2)光学成像系统的衍射和 知道成像系统的行射现 标9 学 分辨本领 ②能够计算成像系统的分辨率 时) 五、考核要求及考核方式 1.考核要求 (1)课程考核应能够切实考核是否达成各项课程目标： (2)考核内容至少覆盖本课程知识点的60%： (3)同一学期试卷中(A、B)试题重复率不超过20%，近三个学年内的试卷试题 重复率不超过20%： (4)考核难度：基本难度题目约60%，中等难度题目约30%，高等难度题目约10%。 2.考核方式 考核环节 权重(%) 备注 期末考试 闭卷考试 平时考核 20 作业、出勒、课堂小测验 执笔者：张太宁 审核人：徐涛 修订日期： 2016年6月20日
学 时） ②知道正常色散和反常色散的含义； ③知道瑞利散射的含义。 (4)光波的叠加 ①知道波的叠加原理； ②能够描述光波叠加后形成的物理现象。 1 8 光 的干 涉（2 学 时） (1)光波干涉的条件 ①知道光波产生干涉的条件。 0.5 教学目 标8 (2)杨氏干涉实验 ①能够描述杨氏干涉的实验装置。 0.5 (3)干涉条纹的可见度 ①知道干涉条纹可见度的定义； ②知道影响条纹可见度的因素。 0.5 (4)平板的双光束干涉和多 光束干涉 ①能够描述迈克耳逊干涉仪的结构与工作原 理。 ②能够描述法布里-珀罗干涉仪的结构与工作原 理。 0.5 9 光 的衍 射（2 学 时） (1)典型孔径的夫琅和费衍 射 ①能够计算单缝的夫琅和费衍射的强度分布。 1 教学目 (2)光学成像系统的衍射和 标9 分辨本领 ①知道成像系统的衍射现象； ②能够计算成像系统的分辨率。 1 五、考核要求及考核方式 1. 考核要求 （1）课程考核应能够切实考核是否达成各项课程目标； （2）考核内容至少覆盖本课程知识点的60%； （3）同一学期试卷中（A、B）试题重复率不超过20%，近三个学年内的试卷试题 重复率不超过20%； （4）考核难度：基本难度题目约60%，中等难度题目约30%，高等难度题目约10%。 2. 考核方式 考核环节 权重（%） 备注 期末考试 80 闭卷考试 平时考核 20 作业、出勤、课堂小测验 执笔者： 张太宁 审核人： 徐涛 修订日期： 2016年 6月20日