《应用光学》课程教学大纲.docx

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1、应用光学教学大纲一、课程基本信息课程名称应用光学Applied Opt ics课程编码SCC623211030开课院部理学院课程团队应用光学学分3.0课内学时52讲授40实验| 12上机0|实践0课外学时52适用专业光电信息科学与工程授课语言中文先修课程高等数学（2-1）、大学物理（2-1）课程简介 （必修）应用光学是光电信息科学与工程专业本科学生的专业基础课程.包括几何光学、典型光学系统和像差理论三大部分。几何光学部 分包括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、理想光学系统原理和光束限制等基础内容，典型光学系统部 分包括眼睹、显微镜与照明系统、望远镜与转像系统等光学系

2、统的成像原理、光束限制及放大倍率等，像差理论包括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、现象和校正像差的基本方法。本课程既讲述光学基本原理又紧密结合工程实际中典型光学系统 的应用.使学生理解掌握光学基本规律的同时对光学基本理论的实际应用有较为全面的认识，进而掌握处理几何光学问题的基本思路和方 法，提高学生分析问题与解决问题、理论联系实际的能力.开阔思路，激发探索和创新精神.为后续课程的学习、光学设计和从事光学研 究打下坚实的基础。课程中结合国际、国内光学发展情况将价值观、科学的方法论等思政元素融入教学培养学生正确的价值观及良好的科 学素养。4Applied Optics* i

3、s the fundamental course for the major of Optoelectronic Information Science and Engineering. This course consists of three parts: geometrical optics, typical optical systems and aberration theory. Geometrical optics including the basic concepts of ray optics, imaging theory of spherical and planar

4、optical systems, ideal optical system and beam limit theory. The typical optical system part including the imaging principle and beam limit of eyes, microscope and telescope. The aberration theory introduces the formation, concept phenomenon and basic method of correction for the aberration on axis

5、and off-axis points and chromatic aberration. Combining the basic principles of geometrical optics and examples of the typical optical system in engineering practice, we hope students have a deeper understanding of fundamental concept ionsx theories and typical system in optics by studying this cour

6、se. And they can well comprehend its fundamental theories and practical applications. Moreover, students* ability to analyze and solve problems and ability of theory with practice wi11 be greatly improved, which can broaden their horizons and stimulate exploration and innovation abilities. It also p

7、lays an important role for the further study of optics design andresearch. In the course, combining the international and domestic optical development, the ideological and political elements such as values and scientific methodology are integrated into the teaching to cultivate students correct valu

8、es and good scientific literacy.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标0BE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 :能够掌握几何光学的基本定律、成像概念、理想光学系统、平面与平面系统、系统中的光阑 与光束限制、像差等的基础理论,并能对典型光学系统的成像基本问题进行推演与分析。是1.32M2目标2：能够运用几何光学的基本理论对放大系统、望远系统、显微系统、照相系统等光学系统中光 束限制、像差等复杂光学问题给出合理的分析与解决方案、进而获得有效的结论。是2.33M3目标3 ：能够运用现代工具Zemax对复杂光学系统的成像、像差及成像质量评价等问题进行预测和

9、模 拟，并利用基本原理进行海洋等应用领域光学元件的设计、模拟与分析。是3.24Ml目标4 ：能够利用应用光学的基本理论及相关文献针对光学元件的基点、基面及典型光学系统的成 像、像差等相关问题，合理设计实验方案，搭建光路开展实驶.并能够解释、分析实睑数据及实验 现象。是4.25M5目标5；能够就光学系统的成像及模拟分析等问题.以口头、文稿、图表等方式进行交流，准确表达 自己的观点。是10. 110. 1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章第一率几何光学 基本定律与成像概 念本章重点难点：费马原理、完善成像条件、物像的虚实的判 断、单个折射

10、（反射）球面以及共轴球面系统的成像公式。Ml/21. 11.1几何光学基本 定律教学大纲简介，光波与光线，几何光学基本定律，费马原理， 马吕斯定律，Ml2讲授2自学教学 大纲31.2L2成像的基本概光学系统与成像概念，完善成像条件,物像的虚实.Ml2讲授2自学念与完善成像条件41.3L3光路计算与近 轴光学系统基本概念与符号规则，实际光线的光路计算,近轴光线的光路 计算。Ml2讲授2作业、自 学51.4L4球面光学成像 系统单个折射面成像.球面反射镜成像,共轴球面系统.Ml2讲授、讨 论2作业、自 学6第二章第二章理想光学 系统本章重点难点：理想光学系统特点、图解法求像、解析法求像（牛领公式和

11、高斯公式）、多光组组合系统的计算、理想光学系 统的放大率概念及公式、两焦距之间的关系以及理想光学系统的组合公式。M1,M3.M4, M5/72.12.1理想光学系统 与共线成像理论理想光学系统概念，理想光学系统性质，共线成像理论.Ml1讲授1自学82.22. 2理想光学系统 的基点与基面无限远轴上物点及对应像点，无限远轴上像点及对应物点,物 方主平面与像方主平面关系，实际光学系统基点位置和焦距计 算.Ml1讲授1自学9实验1平行光的调节利用光源、透镜、小孔光阑等光学元件实现平行光的调节，M4.M52实验2撰写实蜡 报告102.32. 3理想光学系统 的物像关系图解法求像.解析法求像.理想光学系

12、统两焦距间关系。Ml,M32讲授2作业、模 拟112.42. 4理想光学系统 的放大率轴向放大率.角放大率.光学系统节点,平行光测焦距。M1.M51讲授、讨 论1作业12实胎2透镜及球面反射镜 焦距的测量利用之前的平行光路及基点、基面的定义与特点对正负透镜及 球面反射镜的焦距进行测量M4, M52实验2撰写实验 报告132.52. 5理想光学系统 的组合两个光组组合，多光组组合计算。Ml, M34讲授3作业、模 拟142.62.6透镜透镜参数的计算，M51讲授、讨 论1作业15实骐3透傥组节点和焦距利用平行光路及光具组的知识测定透镜组的节点和焦距M4, M52实验2撰写实验的测定报告16第三章

13、第三去平面与平 面系统本章至点难点：单平面镜和双平面镜系统的成像特点和性质、 反射棱镜成像方向判断、折射棱镜及其最小偏向角公式。Ml, M2/173.13.1平面镜成像单平面镜成像及旋转特性，双平面镜成像:Ml1讲授1自学183.23.2平行平板平行平板成像特性,平行平板等效光学系统。Ml1讲授1作业、自 学193.33. 3反射棱镜反射棱镜类型.棱镜成像方向判断。M22讲授2自学203.43r折射棱镜与光 楔折射棱镜的偏向角，光楔及其应用.Ml0.7讲授0.7作业213.53.5光学材料光学材料分类及特点Ml0.3讲授0.3自学22第四章第四爱光学系统 中的光网和光束限 制本章重点难点：孔径

14、光阑、视场光阑的含义及作用，入瞳、出 蹿的位置，入射窗、出射窗的位置.主光线的概念，渐晕的含 义，孔径光阑和视场光阑在里远傥、照相机和显微镜中的位置 及作用、物方远心光路的结构。Ml, M2/234. 14.1光阑孔径光阑，入瞳,出瞄，视场光阑.入射窗，出射窗,渐晕光 阑Ml2讲授2作业、自 学244.24. 2照相系统中的 光阑光阑对轴上点及轴外点光束的限制。M20.5讲授0.5自学254.34. 3望远镜系统中 成像光束的选择望远系统中光阑的位置及作用。Ml, M20.5讲授0.5模拟264.44. 4显微镜系统中 的光束限制与分析远心光路，场镜作用。Ml, M22讲授、讨 论2作业274

15、.51.5光学系统的景 深景深的概念，影响景深的因素.Ml, M21讲授、讨 论i自学28第五章第五章光度学基 础本章重点难点：光通量、光照度、光出射度、光亮度的基本概 念，光传播过程中光学量的变化规律、光能损失及光学系统像 面照度的计算。Ml/295. 15.1箱射能通量. 光通量辐射能通量、光通量的概念Ml0.5讲授0.5自学305.25.2光照度与光亮度发光强度，光照度，光出射度和光亮度的概念Ml0.5讲授0.5自学315.35.3光传播过程中 光学量的变化规律传播过程中光照度等光学量的变化规律Ml0.5讲授0.5自学325.45. 1光学系统光能 损失的计算及成像 系统的像面照度光学系

16、统光能损失的计算、成像光学系统像面的照度Ml0.5讲授0.5作业33第六章第六面光线的光 路计算及像差理论本章重点难点：像差的概念，五种单色像差以及两种色差的成 因、定义、表现形式及影响。4.M5/346. 16. 1概述基本概念，像差计算的谱线选择。Ml0.2讲授0.2自学356.36. 3轴上点的球差轴向球差、垂轴球差的定义和表示。Ml0.5讲授0.5自学366.46. 1正弦差和智差警差定义及表现形式。Ml0.4讲授0.4自学376.56. 5场曲和像故场曲和子午像散、弧矢像敌定义及表现形式。Ml0.4讲授0.4自学386.66.6畸变聆变定义及表现形式。Ml0.3讲授0.3自学396.

17、76.7色差位置也差及倍率色差的定义，表现形式。M30.2讲授0.2模拟40实验4光学系统像差的观 察搭建光路观察光学系统的不同像差M4,M52实验、讨 论2撰写实验 报告41第七章第七章典型光学 系统本章重点难点眼瞪生理和光学系统、显微镜系统、望远镜系 统和放大镜的工作原理和视觉放大率计算.M1,M2.M4.M5/427. 17.1眼睹及其光学 系统眼暗的构造.眼睛的调节，视度，近点，远点，非正常眼（近 视、远视、散光），眼暗的适应.眼睛的分辨率.眼睛的立体 视觉Ml2讲授1作业437.27. 2放大镜放大镜的成像原理，放大镜的放大倍率.放大镜的光束限制。Ml0. 7讲授0.7自学447.3

18、7. 3显微镜系统显微镜的成像原理、视觉放大倍率.显微镜的分辨率，数值孔 径，有效放大率。Ml, M21.3讲授1.3作业457.47.4里远镜系统望远镜的结构与角分辨率。Ml, M21讲授1作业46实验5典型光学系统创新 设计搭建望远镜系统等典型光学系统，进而实现转像、光路加长等 创新实躲的设计与搭建。M2, M4, M54实验4撰写实验 报告47第八章第八今现代光学 系统本章重点、难点：不同光学系统的特点与应用。M2/ /488. 18.1激光光学系 统与自适应光学系 统光学系统的特点及应用M20/1线上自学498.28.3微透镜阵 列、特殊面型及 特殊结构光学系统微透篌阵列、特殊面型、特

19、殊结构光学系统的特点及应用。M20/1线上自学50第九章第九章光学系统 的像质评价及像差 公差本章重点难点：瑞利(Royleigh)判断及中心点亮度、分辨 率、点列图、光学传递函数等几种像质评价方法的理解与应 用。Ml, M3/519.19.1光学系统的像 质评价方法瑞利(Reyleigh)判断、中心点亮度、分辨率、点列图及光 学传递函数几种光学系统像质评价方法的理解与应用。Ml, M31.7讲授、讨 论1.7模拟529.29.2光学系统的像 差公差光学系统像差公差的概念及意义。Ml0.3讲授0.3自学四、老核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1 .每周布置广2次作业，平均每次课2道题

20、以上。2 .成绩采用百分制,根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分.3 .考核学生对应用光学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决光学问题的能力.施型主要有作 图、分析和计算题。10%2实骏表现L本课程12个学时实睑，共5次实验。2.成绩采用百分制.根据实黔方案设计情况、以及完成情况和数据处理情况综合评分。15%3.考核学生对应用光学基本理论知识的实际应用能力与创新能力.3模拟与讨 论1 .本课程要求利用Zemax现代仿真工具建立光学系统的研究模型,进行模拟、分析与讨论，进而尝试海洋等应用领域光 学元件的设计与分析。2 .根据光学系统的设计与模拟、分析以及报告交流等

21、情况综合评分。10%4线上互动 与专题研 讨1 .本课程采用线上、线下混合式教学.利用线上平台进行部分基本内容的自主学习与测试以及前沿和应用问题的研讨与 交流。2 .根据平台的自主学习监测、互动情况及题目测试情况进行评分，15%5期末考试1 .闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分10。分。2 .主要考核学生对应用光学中基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力,题型主要有简 答地、作图题、分析地、计算题等。50%五、|分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时作业10%A-按时提交作业，光学系统及成像基本概念理解及光学系统成像计算与分析正确无误。B-按时提交作

22、业，光学系统及成像基本概念理解及光学系统成像计算与分析存在少量错误。2Ml期末考试80%（见试卷评分标准）3Ml线上互动 与专题研 讨10%A-完成线上自主学习、测试题目基本正确、积极互动。B-完成线上自主学习、测试题目存在少量错误、互动讨论不积极.4M2实弟去说20%卜按时提交实脸报告,实验方法有创新.实数据分析符合规范，结论无误。B-按时提交实验报告，方法正确.数据分析基本规范.结论基本正确.c-按时提交实缝报告，方法正确，数据分析过程存在问题，D-未按时完成实险及实验报告。5M2模拟与讨20%A-按时提交光学系统模拟报告，系统模拟与分析正确.完成简单光学元件的设计。论B-按时提交光学系统

23、模拟报告.系统模拟与分析正确.未完成简单光学元件的设计。c-未按时提交光学系统模拟报告.系统模拟与分析不够全面,未完成端单光学元件的设计.D-未提交光学系统模拟报告与光学元件的设计。6M2期末考试60%（见试卷评分标准）7M3模拟与讨 论100%，卜按时提交光学系统模拟报告.系统模拟与分析正确.完成简单光学元件的设计。B按时提交光学系统模拟报告.系统模拟与分析正确.未完成简单光学元件的设计。c-未按时提交光学系统模拟报告,系统模拟与分析不够全面，未完成简单光学元件的设计。未提交光学系统模拟报告与光学元件的设计。8M4实脸表现100%A-按时提交实骏报告，实验方法有创新,实数据分析符合规范，结论

24、无误.B-按时提交实骐报告，方法正确，数据分析基本规范,结论基本正确。c-按时提交实骏报告，方法正确，数据分析过程存在问地，D-未按时完成实验及实验报告。9M5实验表现30%A-按时提交实骏报告，实妗方法有创新，实数据分析符合规范，结论无误。B按时提交实睑报告，方法正确.数据分析基本规范.结论基本正确：5按时提交实聆报告，方法正确.数据分析过程存在问题，未按时完成实胎及实验报告，10M5模拟与讨 论70%去按时提交光学系统模拟报告.系统模拟与分析正确.完成简单光学元件的设计。B-按时提交光学系统模拟报告.系统模拟与分析正确.未完成简单光学元件的设计。c-未按时提交光学系统模拟报告,系统模拟与分

25、析不够全面,未完成简单光学元件的设计。D-未提交光学系统模拟报告与光学元件的设计。评分等级说明：A, B, C,D=90 100,75-89,60-74,0-59;A, B = 80-100,0-79六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书工程光学.郁道银,机械工业出版社,2009.6, ISBN:9787111068648. （*主教材）2图书应用光学，张以谀，电子工业出版社，2015.4, 1SBN:9787I21251467.3图书几何光学像差光学设计，李晓彤,浙江大学出版社，2007.12. ISBN:9787308034920.七 实验项目信息序号项目名称实验室名称门牌号组人数学时实验类别要求实验类型上机1平行光的调节基础光学实骏室综合楼C30612专业基础必做基础性否2透镜和球面反射镜焦距的测量基础光学实骏室综合楼C30612专业基础必做综合性是3透镜组节点和焦距的测定基础光学实险室综合楼C30612专业基础必做设计性是4光学系统像差的观察基础光学实骏室综合楼C30622专业基础必做研究性是5典型光学系统创新设计实哈基础光学实骏室综合楼30614专业基础必做创新性是